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Auteur(s)
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Augustin COELLO-VERA : Chef de Service Technologie Alcatel Espace
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Claude DREVON : Ingénieur à Alcatel Espace
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Lire l’articleINTRODUCTION
Il est très difficile de donner une définition précise d’un circuit hybride. Il y a néanmoins quelques caractéristiques de base qui permettent aisément de les identifier. Un circuit hybride est réalisé sur un substrat isolant, généralement en céramique, sur lequel une fonction électrique complète est formée en utilisant des composants actifs et passifs. Les composants actifs peuvent être en puces nues ou encapsulés en boîtiers. Les composants passifs sont soit imprimés sur le substrat céramique, soit en forme de chips. Dans tous les cas, le report des composants se fait en surface.
Dans l’esprit de cette définition, les hybrides existent depuis la fin des années 50.
Il y a deux familles de circuits hybrides :
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les hybrides à couches épaisses : dans cette famille, des encres spécifiquement conçues sont appliquées sur un substrat, puis cuites dans un four. L’application est normalement faite suivant la technique de la sérigraphie qui, en utilisant un écran spécifique du circuit en question, évite des opérations de masquage. Plusieurs couches (conductrices, résistives, diélectriques) peuvent ainsi être réalisées séquentiellement. L’appellation couche épaisse vient du fait que les films sont assez épais : de 10 à 50 µm d’épaisseur ;
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les hybrides à couches minces : ce nom s’applique aux hybrides dont les couches conductrices, résistives ou diélectriques sont réalisées par déposition sous vide : évaporation ou pulvérisation cathodique. La définition des lignes fait appel à des techniques de photolithographie : masquage avec des résines photosensibles puis gravure. Les films ainsi obtenus sont minces : de 10 à 100 nm. Les circuits n’ont qu’une seule couche conductrice, avec ou sans couche résistive et/ou diélectrique.
La technologie des circuits hybrides a évolué assez rapidement depuis le début de la décennie. L’axe principal d’évolution est celui d’une densité de connexions de plus en plus grande, qui s’obtient soit en augmentant le nombre de couches (spécialement dans la couche mince), soit en améliorant les techniques de marquage et gravure. C’est ainsi qu’une nouvelle terminologie est apparue pour ces circuits hybrides à grande densité d’interconnexions : le module multipuce (MCM Multi Chip Module).
Il est important de décrire deux catégories de MCM qui sont l’évolution directe des hybrides à couches épaisses et à couches minces :
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MCM-C : circuits hybrides à puces nues sur substrat céramique dont la réalisation des couches fait appel à la sérigraphie ;
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MCM-D : circuits hybrides à puces nues sur substrat céramique ou conducteur dont la réalisation des couches fait appel aux techniques de microlithographie issues de la fabrication des semiconducteurs.
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2. Conception de circuits hybrides à couches épaisses
La conception d’un circuit hybride à couches épaisses ne peut être abordée sans que le besoin ait au préalable été défini correctement 1.2, de manière à utiliser au mieux les différents procédés disponibles. Un certain niveau de connaissances technologiques est nécessaire pour pouvoir réaliser un compromis entre :
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les coûts de réalisation ;
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les performances électriques et mécaniques ;
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la forme du composant utilisé : microboîtier, pastille active.
Pour les circuits hybrides à couches épaisses, ce compromis permettra d’en déduire un ensemble adapté au besoin pour :
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le choix d’encres de sérigraphie compatibles entre elles et permettant de réaliser les conducteurs, les résistances et éventuellement le diélectrique pour des structures multicouches ;
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le procédé de report (brasage, collage) et câblage (ultrasonique...) ;
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le type d’encapsulation (hermétique, thermiquement dissipatif...).
2.1 Conducteurs
Les encres conductrices pour sérigraphie sont constituées de métaux (Au, Ag, Pt, Pd, Cu) sous forme de particules sphériques de l’ordre de 1 µm, de verres de frittage destinés à assurer la liaison couche-substrat, de liant organique et d’un diluant.
Le liant organique permet de garder les matériaux actifs en suspension. Le diluant donne à la pâte la viscosité nécessaire à la sérigraphie.
Le choix du matériau de base dépend de l’application visée :
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l’or pour une bonne définition des lignes, la possibilité de câblage thermocompression à ultrasonique et le report possible de composants par brasure...
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