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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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3. Conception de circuits hybrides à couches minces
Les couches minces sont déposées sous vide par évaporation ou, plus fréquemment, par pulvérisation cathodique.
Les couches déposées sont généralement inférieures à quelques micromètres. Si des épaisseurs plus importantes de conducteur sont nécessaires, il est généralement fait appel à la croissance galvanique ou chimique, après le dépôt sous vide d’une couche d’accrochage. Cette croissance peut se réaliser avant ou après la photolithographie ; dans ce dernier cas elle est connue comme croissance sélective. La croissance galvanique utilise le cuivre et l’or, la croissance chimique le nickel, le cuivre et l’or.
Bien que la pulvérisation cathodique permette de déposer presque n’importe quel matériau, il y a des limitations à ces choix :
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le film déposé doit adhérer au substrat ou à la couche déjà déposée ;
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le film déposé ne doit pas réagir avec le substrat ou avec les couches adjacentes ; en particulier des couples fortement galvaniques doivent être évités ;
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les films doivent être compatibles avec les procédés de la photolithographie ;
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le comportement du film et de son adhérence lors des étapes ultérieures est un facteur déterminant dans le choix des températures qui seront utilisées et des techniques de report et de câblage de composants (attention aux alliages et composés intermétalliques indésirables).
La séquence typique dans les couches minces est formée d’une couche résistive, suivie d’une fine couche barrière (100 à 200 nm) et finie par la couche conductrice (figure 4). La couche barrière empêche la réaction entre la couche résistive et la couche conductrice et permet aussi un bon accrochage de la couche conductrice.
3.1 Conducteurs
La couche conductrice est utilisée pour la réalisation de pistes conductrices qui acheminent les signaux entre les composants et vers les sorties avec le minimum de pertes. Elle sert aussi pour le report et le câblage de composants.
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Le matériau le plus...
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