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Encres pour de dépôt de couches diélectriques par la technique d'impression par jet continu d'encre. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne les encres projetables par jet sur un substrat, consistant en une solution d'une résine, destinée à former un dépôt diélectrique après polymérisation sur le substrat, et d'un sel de conductivité dont la température d'ébullition est inférieure ou égale à la température de polymérisation de la résine. Application en particulier aux circuits électroniques imprimés ou intégrés.

Description

ENCRES POUR LE DEPOT DE
COUCHES DIELECTRIQUES PAR LA TECHNIQUE
D'IMPRESSION PAR JET CONTINU D'ENCRE
La présente invention concerne des encres destinées à réaliser des dépôts diélectriques sur des substrats, notamment par la technique du jet d'encre.
Actuellement, la réalisation de circuits imprimés, de circuits hybrides, de circuits intégrés et plus généralement de circuits d'interconnexion de composants électroniques comme l'assemblage multipuces, passe par des techniques de dépôt par masquage, certaines utilisant des masques mécaniques telles que la sérigraphie ou d'autres utilisant des masques sous forme de dépôts sélectifs de résines telles que la photolithographie. Elle passe aussi par des techniques de dépôts uniformes, tels que le dépôt à la tournette, dépôt par couche, par vaporisation, dépôt par rouleau ou par trempage, ou les dépôts sous vide, par crachement ou par vapeur chimique, suivies d'attaques chimiques sélectives et/ou de nettoyages. Ces procédés, mettant en oeuvre le dépôt combiné de couches diélectriques et de dépôts conducteurs pour réaliser les circuits électriques d'interconnexion, comportent un grand nombre d'étapes successives - dépôt, gravure et nettoyage - qui sont sources de défaut et longues à mettre en oeuvre.
Elles présentent de plus l'inconvénient d'une part, de consommer beaucoup de matières premières par rapport au besoin du produit final, donc d'être coûteuses, et d'autre part, d'être polluantes en raison des bains de décapage et de nettoyage qu'elles nécessitent. Or, l'augmentation des performances des circuits électroniques, en matière de densité, de vitesse de fonctionnement ou de coût de fabrication, conduit à rechercher des solutions d'interconnexion toujours plus performantes, en améliorant la qualité des diélectriques, en augmentant la densité et la finesse des pistes d'interconnexion, en automatisant les procédés de fabrication pour accroître la qualité et la fiabilité du produit et réduire le coût de fabrication.
La technique d'impression par jet continu d'encre est applicable à la fabrication de tels circuits électroniques, grâce à l'utilisation d'une encre formulée selon l'invention.
L'impression par jet continu d'encre est un procédé comportant une étape de fractionnement du jet d'encre en gouttes, une étape de charge sélective de certaines gouttes grâce à un dispositif de charge électrostatique des gouttes, suivie d'une étape de déflexion des gouttes chargées. Les gouttes non utilisées pour l'impression sont récupérées et recyclées par une gouttière vers le circuit d'encre.
Ces imprimantes utilisent des encres dont les caractéristiques sont très spécifiques, par exemple une faible viscosité, de l'ordre de 1 à 15 centipoises (cps) (milliPascal-seconde) et une conductivité électrique élevée, supérieure à 300 microSiemens (pS) par cm a 20"C. Aussi, le dépôt de matériaux destinés à réaliser sur un support des couches ou motifs diélectriques par la technique d'impression par jet continu d'encre pose un problème particulier en raison de la double nécessité de disposer d'une part, d'une encre conductrice à l'état liquide pour être utilisée dans une tête d'impression à jet d'encre, mais d'autre part réalisant des dépôts non conducteurs sur le support envisagé, après dépôt, séchage et post-traitement du matériau solide alors obtenu.
Le but de l'invention est de réaliser une encre destinée à être projetée selon la technique d'impression par jet continu de gouttes d'encre, et à constituer sur un support, après séchage et post-traitement du produit obtenu, des dépôts non conducteurs.
Pour cela, l'objet de l'invention est une encre projetable par jet caractérisée en ce qu'elle consiste en une solution d'une résine destinée à former un dépôt diélectrique après polymérisation sur un substrat, et d'un sel de conductivité dont la température d'ébullition est inférieure ou égale à la température de polymérisation de la résine.
D'autres caractéristiques et avantages de la description apparaîtront à la lecture de la description qui suit.
Pour formuler une encre déposable par la technique d'impression, par jet continu d'encre, qui réalise des dépôts diélectriques sur un support ou substrat, on choisit tout d'abord une résine du type polymère couramment utilisée pour réaliser des motifs diélectriques selon une autre technique, comme par exemple les polyimides (PI), les benzocyclobutènes (BCB), les novolaques, les résines époxy, la mélamine ou un mélange de ceux-ci.
Cette résine doit présenter des caractéristiques permettant la brisure du jet d'encre en gouttes calibrées, ayant une viscosité faible et aboutissant à un dépôt diélectrique déterminé après polymérisation ou réticulation, par apport d'énergie thermique, lumineuse, micro-ondes, etc. Ce post-traitement du matériau solide déposé confère au dépôt la solidité, la résistance chimique et mécanique, la résistance thermique, les propriétés diélectriques et l'adhérence au substrat.
Le choix du solvant est guidé par la viscosité finale que doit présenter l'encre composée de ses différents éléments. C'est pourquoi le solvant doit présenter une faible viscosité initiale afin que son mélange avec la résine ait une viscosité inférieure à 15 centipoises. Ce solvant doit dissoudre la résine et le sel de conductivité qui est ensuite ajouté, et de plus avoir une polarité qui permette la dissociation ionique du sel. I1 doit encore s'évaporer à une température relativement peu élevée qui est celle de polymérisation de la résine, soit entre 175"C et 200"C pendant une heure. Pour toutes ces raisons, le solvant peut être choisi parmi les cétones - la méthyléthyl cétone (MEC) ou l'acetone-, ou encore la N-méthyl pyrolidone (NMP), le Xylène, le Mesitylène, le Toluène ou parmi des mélanges de ceux-ci.
Enfin, le choix du sel de conductivité répond aux considérations suivantes - il doit être soluble dans le solvant utilisé et non en
dispersion; - il ne doit pas modifier la viscosité de l'encre dans
le temps; - il doit apporter une conductivité supérieure a
300 jS/cm à 20OC, lorsqu'il est dissocié dans le
solvant, sans cependant perturber la solubilité de la
résine dans le solvant, ni provoquer de précipité; - il ne doit pas oxyder ou corroder les matériaux
utilisés dans la fabrication des imprimantes à jet
d'encre.
Un tel sel compatible avec les résines et les solvants cités auparavant peut être par exemple choisi parmi - les thiocyanates de sodium, de potassium ou
d'ammonium; - les sels d'ammonium quaternaires tels que les
bromures, les chlorures, les hydrogénosulfates ou
hexafluorophosphates. Aux conditions précédemment
énoncées, doit impérativement être ajoutée la
suivante - il doit absolument disparaître par évaporation lors de
la polymérisation de la résine, pour laisser un dépôt
diélectrique, donc à une température inférieure à
2000C.
Une caractéristique essentielle de l'invention consiste à utiliser comme agent de conductivité un sel conducteur dont l'action est inhibée ou détruite par le traitement thermique de polymérisation de la résine. Après destruction du sel conducteur au cours de la polymérisation, les dépôts imprimés sur le substrat sont parfaitement isolants électriquement, avec une constante diélectrique inférieure à 4. La température de sublimation ou de décomposition du sel doit donc être inférieure à la température de traitement du polymère.
Un sel conducteur dont la température d'ébullition se situe aux alentours de 175"C pourra alors convenir à la plupart des types de résines diélectriques. C'est exactement le cas du thyocyanate d'ammonium.
Ainsi les encres selon l'invention peuvent être formulées par les proportions suivantes des éléments par rapport à la masse totale de chaque encre - soixante pour cent de solvant, - cinq à trente pour cent de résine, - cinq dixième à cinq pour cent de sel de conductivité.
I1 est possible d'ajouter un colorant à la composition de l'encre selon l'invention, afin de visualiser sur le substrat le marquage du dépôt à froid, avant la polymérisation à chaud de la résine. On choisira habituellement un colorant organique, qui sera détruit par la chaleur et qui sera compatible avec les autres constituants chimiques de la solution.
L'invention concerne également un procédé de fabrication de dépôts diélectriques sur un substrat, consistant à - projeter une encre par jet comportant une résine
soluble dans un solvant, à laquelle on a ajouté un sel
de conductivité également soluble dans ledit solvant
et destiné à être détruit lors de la polymérisation de
la résine de l'encre, de manière à obtenir une
impression de la surface dudit substrat selon un motif
déterminé; - sécher les dépôts ainsi obtenus sur le substrat et - réaliser le traitement desdits dépôts par apport
d'énergie pour polymériser la résine et détruire le
sel de conductivité.
Ce procédé de fabrication par dépôt direct des quantités exactes de matières nécessaires, de manière sélective, selon un motif qui peut être défini numériquement donc dans un processus de conception et de fabrication piloté par ordinateur, présente de nombreux avantages par rapport aux procédés antérieurs déjà mentionnés. I1 ne comporte qu'une seule étape de dépôt, donc est plus rapide, d'autant plus que la technique elle-même d'impression par jet continu d'encre est très rapide, notamment grâce aux imprimantes à têtes multijets. I1 consomme la quantité exacte de matières premières donc ne nécessite pas d'étapes de décapage, polluantes et chères. Ce procédé permet également de réaliser des tracés diélectriques extrêmement précis grâce à sa très bonne résolution, obtenue notamment par l'impression de gouttes satellites décrite dans la demande de brevet 91 08482 au nom de la Demanderesse.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS 1. Encre projetable par jet caractérisée en ce qu'elle consiste en une solution d'une résine destinée à former un dépôt diélectrique après polymérisation sur un substrat, et d'un sel de conductivité dont la température d'ébullition est inférieure ou égale à la température de polymérisation de la résine.
  2. 2. Encre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le sel de conductivité est du thyocyanate d'ammonium.
  3. 3. Encre selon la revendication 2, caractérisée en ce que la résine est un polymère.
  4. 4. Encre selon la revendication 3, caractérisée en ce que la résine est un polyimide, ou un benzocyclobutène ou un novolaque ou une résine époxy ou une mélamine, ou un mélange de ces résines.
  5. 5. Encre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le solvant est une cétone, telle que la méthyléthyl cétone (MEC) ou l'acétone, ou bien la
    N-méthyl Pyrolidone (NMP), le Xylène, le Mesitylène, le
    Toluène, ou un mélange desdits solvants.
  6. 6. Encre selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, par rapport à la masse totale d'encre - le solvant est dans une proportion de soixante pour
    cent, - la résine est dans une proportion comprise entre cinq
    et trente pour cent, - le sel de conductivité est dans une proportion
    comprise entre cinq dixième et cinq pour cent.
  7. 7. Procédé de fabrication de dépôts diélectriques sur un substrat, consistant à - projeter un jet d'une encre selon l'une des
    revendications 1 à 6, de manière à obtenir une
    impression de la surface dudit substrat selon un motif
    déterminé; - sécher les dépôts d'encre ainsi obtenus sur ledit
    substrat et; - polymériser la résine de l'encre par apport d'énergie
    et simultanément détruire le sel de conductivité de 1 'encre.
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