FR2793789A1 - Procede de fabrication d'un support de circuit en ceramique pour connexion par un automate - Google Patents

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Abstract

Selon ce procédé de production d'un support de circuit LTCC (1) pouvant être connecté par un automate, on dépose une pâte conductrice (12) possédant une proportion de verre de moins de 1 pour-cent en poids pour produire un plot de contact sur un substrat en céramique (11) qui possède une proportion de verre d'au moins 30 pour-cent en poids. Le support de circuit (1) est cuit de telle manière que du verre s'échappe du substrat en céramique (11) en fondant et crée une adhérence entre la pâte conductrice (12) et le substrat en céramique (11). Un support de circuit en céramique présente du verre (13) produisant l'adhérence entre le substrat en céramique (11) et la pâte conductrice (12), ce verre étant issu du substrat en céramique (11).

Description

L'invention concerne un procédé pour fabriquer un support de circuit en
céramique pouvant être connecté par un automate, dont le substrat en céramique présente une proportion de verre d'au moins 30 pour-cent en poids, et un support de circuit en céramique. Dans les supports de circuits en céramique déjà connus, qui sont utilisés comme modules à couche épaisse, le substrat en céramique possède une proportion de céramique de 96% et une proportion de verre de 4%. Pour la production de plots de contact sur la surface du substrat en céramique, on dépose sur la surface du substrat en céramique une pâte conductrice ou pâte d'or ayant une proportion de verre d'entre 1% et 10%. Cette proportion de verre est nécessaire pour obtenir l'adhérence entre le substrat en céramique et la pâte d'or ainsi que pour assurer la formation d'une structure frittée dans la pâte d'or. Lors de la cuisson du support de circuit en céramique, le verre contenu dans la pâte d'or s'en écoule dans une mesure suffisante pour que la surface du plot de contact doré soit suffisamment exempte de constituants du verre. Sur une telle surface, on peut faire la connexion
avec un fil d'or sans problème.
En raison de leurs nombreuses propriétés avantageuses, on utilise de plus en plus des supports de circuits à base de LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics). Un tel support de circuit en céramique est connu, par exemple, par la revue Elektronik 3/1994, pages 30 à 33. Le substrat en LTCC est en règle générale composé d'une proportion de céramique (A1203) de 40% à 70% et d'une proportion de verre (SiO2) de 60% à 30%. La grande proportion de verre sert de catalyseur de frittage lors du processus de cuisson et permet
d'utiliser une température de cuisson relativement basse.
La forte proportion de verre du substrat en céramique LTCC empêche le verre présent sur la surface de la pâte d'or de s'écouler pendant la cuisson. Il en résulte une précipitation de résidus de verre sur la surface de la pâte d'or et d'agglomérats dans la masse de la pâte d'or. Ces deux effets font obstacle à la formation uniforme d'un coin ("wedge"), c'est-à-dire d'une surface de contact homogène entre le fil d'or et la pâte d'or (plot de contact) sur la surface de la couche épaisse en or. Il en résulte de grandes fluctuations de la force d'adhérence de la liaison de connexion sur la surface de la couche épaisse en or. En supplément, la souillure des capillaires (outils de saisie d'un automate de connexion) s'accroît en raison de la
présence des constituants du verre sur la surface de l'or.
La durabilité d'un automate de connexion en est
considérablement réduite.
Pour garantir une sécurité de travail suffisante lors de la connexion de supports de circuits en LTCC, on tire généralement une deuxième liaison de connexion à l'endroit du coin afin de stabiliser la première liaison de connexion. Ceci accroît considérablement les coûts et le
temps nécessaire par support de circuit.
Par ailleurs, lors de la production de la liaison de connexion, les capillaires ont à appliquer des forces relativement élevées pour garantir la sécurité de la liaison. Ceci fait obstacle à la poursuite de l'accroissement de la densité d'intégration sur un support de circuit possédant une grande proportion de verre puisqu'il n'est pas possible d'utiliser des capillaires fins, de plus petit diamètre. En outre, ceci favorise l'usure. On connaît par le document IBM Technical Disclosure Bulletin, 1982, vol. 25, n 5, page 2275, des structures conductrices en molybdène, exemptes de verre, sur un substrat en céramique. Le substrat en céramique est composé d'alumine comportant environ 10-20 % en volume de poudre de verre. Pour éviter la pénétration du verre dans le
molybdène, on ajoute du palladium à la pâte de molybdène.
Les structures en molybdène de ce substrat HTCC (High Temperature Cofired Ceramic) ne peuvent pas être connectées. La publication JP 07157812 A dans les Patent Abstracts of Japan concerne une composition métallisée qui présente une meilleure adhérence, comparativement à un substrat en céramique (substrat en alumine). Pour cela, on incorpore du verre pulvérisé et de l'oxyde de cuivre dans une pâte métallique qui est essentiellement composée de poudre de cuivre. Un substrat en alumine auquel la composition métallisée est destinée présente généralement une proportion de céramique d'environ 96% et une proportion de verre de 4% seulement. Il n'est pas possible d'effectuer la connexion de fils d'or sur les structures conductrices obtenues. Un but de l'invention consiste à créer un procédé pour la production d'un support de circuit en céramique pouvant être connecté par un automate dont le substrat en céramique présente une grande proportion de verre, et un support de circuit en céramique correspondant, procédé et support qui présentent une concentration de verre réduite sur la surface du plot de contact et qui sont de cette façon bien
appropriés pour une connexion entièrement automatique.
Ce but est atteint par un procédé pour produire un support de circuit LTTC pouvant être connecté par un automate, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - déposer une pâte conductrice comprenant une proportion de verre de moins de 1% pour la formation de plots de contact sur un substrat en céramique possédant une proportion de verre d'au moins 30 pour-cent en poids, - cuire le support de circuit de telle manière que du verre s'échappe du substrat en céramique en fondant et crée une adhérence entre la pâte conductrice et le substrat en céramique. Ce but est aussi atteint par un support de circuit en céramique pouvant être connecté par un automate, caractérisé en ce qu'il comprend: - un substrat en céramique qui possède une proportion de verre d'au moins 30 pour-cent en poids, - un plot de contact formé d'une pâte conductrice qui possède une proportion de verre de moins de 1,0 pour-cent en poids avant la cuisson du support de circuit et - du verre qui crée l'adhérence entre le substrat en céramique et la pâte conductrice. Selon l'invention, la proportion de verre dans la pâte conductrice est notablement réduite. La proportion de verre contenue dans le substrat en céramique est mise à profit dans une mesure décisive pour la production de l'adhérence entre la pâte conductrice et le substrat en céramique. Ceci évite une répartition homogène d'agglomérats de verre dans
la pâte conductrice.
La proportion de verre dans le substrat en céramique est d'au moins 30 pour-cent en poids. La proportion de verre dans le substrat en céramique est de préférence de 60
pour-cent en poids au maximum.
Comme pâte conductrice, il est approprié d'utiliser en particulier une pâte d'un métal précieux tel que l'or, l'argent, le palladium, le platine, ainsi que leurs alliages. La proportion de métal précieux devrait être d'au moins 98,9 pour-cent en poids et de préférence d'au moins 99,0 pour-cent en poids. La proportion de verre devrait être inférieure à 1 pour-cent en poids, de préférence inférieure à 0,3 pour- cent en poids et, dans un mode
particulièrement préféré, elle devrait être de 0,1 pour-
cent en poids au maximum.
Dans un mode particulièrement préféré, la pâte
conductrice est entièrement exempte de verre cristallin.
Les proportions de verre éventuellement contenues sont
alors composées de verre non cristallin.
Le comportement de frittage de la pâte conductrice peut être accordé aux propriétés rhéologiques du verre contenu dans le substrat en céramique par une addition de substances possédant une activité de frittage, de manière qu'en dépit de la diminution de la proportion de verre dans la pâte conductrice, il se forme un nombre suffisant de -J centres d'adhérence entre le substrat en céramique et la
pâte conductrice.
L'addition facultative d'additifs ayant une activité de frittage à la pâte conductrice assure un frittage particulièrement homogène de la pâte conductrice. Pour cela, on peut envisager des métaux ou des oxydes métalliques comme, par exemple, le rhodium (Rh), le cadmium (Cd), l'antimoine (Sb), le fer (Fe) et l'oxyde de bismuth (Bi203). La proportion d'un ou plusieurs additifs ayant une activité de frittage peut représenter environ 0,2 à 2,5 pour-cent en poids et elle est de préférence d'entre 0,3 et
1,1 pour-cent en poids.
Grâce à la pureté de la surface de la pâte conductrice, qui n'est pas altérée par des inclusions inhomogènes d'agglomérats de verre ni d'oxydes, le support de circuit en céramique selon l'invention permet une formation uniforme de coins ("wedges"). L'opération de connexion sur un tel support de circuit présente une grande sécurité de travail, de sorte qu'on peut utiliser sans problème des automates entièrement automatiques pour la connexion. On peut se dispenser de faire procéder par un opérateur à un examen optique des plots de contact à connecter pour la recherche d'agglomérats de verre. On peut se dispenser d'une deuxième connexion ("security bond")
pour la production d'un raccordement électrique.
La présence d'impuretés sur les capillaires d'un automate de connexion est fortement réduite grâce à l'absence d'agglomérats de verre sur la surface des plots de contact qui est à l'opposé du substrat en céramique, et
la durabilité est considérablement améliorée.
Grâce à la surface homogène d'un plot de contact, les forces de connexion qui doivent être appliquées par les capillaires d'un automate de connexion sont réduites. Le diamètre d'un capillaire peut donc être réduit. Grâce aux structures plus fines, la densité d'intégration sur le support de circuit en céramique peut être augmentée. Le diamètre d'un fil de connexion peut être réduit. Au lieu d'un intervalle de 30 pm à 60 pm, le diamètre du fil de connexion ne demande qu'à se trouver dans un intervalle de
pm à 60 pm.
Par ailleurs, grâce à la faible souillure des capillaires et à la force de connexion relativement faible qu'il est nécessaire d'appliquer, la durabilité des capillaires est plusieurs fois plus grande. Il est donc possible d'effectuer la connexion pratiquement sans interruption. D'autres avantages, caractéristiques et possibilités
d'utilisation de l'invention ressortent de la description
d'un exemple de réalisation en regard du dessin.
La figure unique montre un support de circuit en
céramique multicouche après la cuisson.
Un support de circuit LTTC 1 comprend un substrat en céramique 11 possédant une proportion de verre (SiO2) d'environ 40 pour-cent en poids et une proportion de céramique (A1203) d'environ 60 pour-cent en poids. Le support de circuit en céramique 1 est un module à couche
épaisse.
Une pâte conductrice 12 faite de 99,0 pour-cent en poids d'or (Au) et de 1 pour-cent en poids de rhodium (Rh) forme un plot de contact pour une liaison de connexion sur le support de circuit. La pâte conductrice ne contient pas
de verre.
Du verre 13 migre du substrat en céramique 11 possédant une grande proportion de verre dans la pâte conductrice 12 sous la forme d'agglomérats, de sorte qu'un agglomérat de verre est inclus en partie dans la pâte conductrice 12 et en même temps en partie dans le substrat en céramique 11. Le verre 13 crée une adhérence mécanique
entre le substrat en céramique et la pâte conductrice.
Le plot de contact fritté formé à partir de la pâte conductrice 12 est en contact électrique et mécanique direct avec une piste conductrice 14 du support de circuit 1. La piste conductrice 14 relie le plot de contact à un circuit électronique, non représenté, du support de circuit. Un automate de connexion établit une liaison de connexion entre un fil de connexion 15 en or et le plot de contact. Il se forme dans la région d'un coin 16 un contact électrique entre la surface du plot de contact qui est à l'opposé du substrat en céramique 11, et le fil de
connexion 15.
Pour la production d'un support de circuit en céramique 1, la pâte conductrice 12 est imprimée à l'écran de soie sur un substrat en céramique 11 et elle est ensuite
incorporée par cuisson dans l'air à 900 C.
Le comportement de frittage de la pâte conductrice 12 est adapté au comportement rhéologique du verre contenu dans le substrat en céramique 11 par l'addition du rhodium possédant une activité de frittage. On obtient par ce moyen que du verre 13 contenu dans le substrat en céramique 11 fond et que, sous l'effet des forces capillaires et des propriétés de mouillage, il pénètre partiellement dans la pâte conductrice sous la forme d'agglomérats. Le verre 13 issu du substrat en céramique assure la fonction d'un promoteur d'adhérence et il élimine ainsi la nécessité d'ajouter des promoteurs d'adhérence inorganiques (du
verre) à la pâte conductrice.
Le support de circuit 1 peut être connecté par un automate sans qu'il soit nécessaire de procéder à une inspection optique d'un plot de contact pour rechercher des
constituants du verre sur la surface à connecter.
Grâce à la surface homogène du plot de contact, sur la face qui est à l'opposé du substrat en céramique 11, avec formation uniforme du coin 16, on obtient, d'une part, qu'il ne se produit qu'une très faible souillure d'un capillaire d'un automate de connexion et, d'autre part, que les capillaires n'ont à exercer qu'une force de connexion relativement faible sur le plot de contact. De cette façon, on n'a que très rarement à interrompre l'opération de
connexion pour l'entretien des capillaires.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour produire un support de circuit LTTC (1) pouvant être connecté pay un automate, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - déposer une pâte conductrice (12) comprenant une proportion de verre de moins de 1%, pour la formation de plots de contact sur un substrat en céramique (11) possédant une proportion de verre d'au moins 30 pour-cent en poids, - cuire le support de circuit (1) de telle manière que du verre s'échappe du substrat en céramique (11) en fondant et crée une adhérence entre la pâte conductrice (12) et le
substrat en céramique (11).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pâte conductrice (12) contient 0,2 à 2,5 pour-cent en poids d'un ou de plusieurs métaux et/ou oxydes
métalliques possédant une activité de frittage.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce
que la pâte conductrice (12) contient au moins 98,9 pour-
cent en poids d'un métal précieux.
4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pâte conductrice (12) contient 0,3 à 1,1 pour-cent en poids d'un ou de plusieurs métaux et/ou
oxydes métalliques possédant une activité de frittage.
5. Support de circuit en céramique pouvant être connecté par un automate, caractérisé en ce qu'il comprend: - un substrat en céramique (11) qui possède une proportion de verre d'au moins 30 pour- cent en poids, - un plot de contact formé d'une pâte conductrice (12)
qui possède une proportion de verre de moins de 1,0 pour-
cent en poids avant la cuisson du support de circuit, et - du verre (13) qui crée l'adhérence entre le substrat
en céramique (11) et la pâte conductrice.
6. Support de circuit en céramique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pâte conductrice (12) contient 0,2 à 2,5 pour-cent en poids d'un ou de plusieurs métaux et/ou oxydes métalliques possédant
une activité de frittage.
7. Support de circuit en céramique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pâte conductrice (12) contient au moins 98,9 pour-cent en poids d'un métal précieux.
8. Support de circuit en céramique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la pâte conductrice (12) contient 0,3 à 1,1 pour-cent en poids d'un ou de plusieurs métaux et/ou oxydes métalliques possédant
une activité de frittage.
9. Support de circuit en céramique selon une des
revendications concernant un support de circuit en
céramique, caractérisé en ce qu'un plot de contact ne
présente qu'une seule liaison de connexion.
FR0006293A 1999-05-17 2000-05-17 Procede de fabrication d'un support de circuit en ceramique pour connexion par un automate Pending FR2793789A1 (fr)

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