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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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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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Conception assistée par ordinateur (CAO)
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5. Guide de conception thermique
5.1 Spécificité des circuits hybrides
La réduction du volume de l’électronique due à la miniaturisation – entre autres l’utilisation de circuits hybrides – a pour conséquence l’augmentation de la densité thermique et limite les possibilités d’évacuation thermique.
Lors de la conception d’un circuit hybride, il est nécessaire de procéder à une analyse thermique de manière à garantir le nondépassement de la température de jonction au niveau des pastilles actives et de la température de boîtier pour les autres microcomposants.
Quelques règles de base doivent être prises en compte lors de la conception d’un circuit hybride dissipatif :
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répartir les sources de puissance sur l’ensemble du substrat de manière à éviter les points chauds et à garder un profil thermique aussi uniforme que possible ;
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positionner les éléments dissipatifs aussi près que possible des radiateurs ;
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implanter les résistances de puissance aussi grandes que possible et tenir compte de la réduction de section due à l’ajustage ;
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utiliser des procédés à faible résistance thermique pour monter les composants de puissance et/ou le substrat ; ces procédés doivent assurer une liaison exempte de trous et il est nécessaire de tenir compte du pourcentage de mouillabilité lors des calculs thermiques.
5.2 Approche analytique
Le tableau 6 présente quelques matériaux utilisés en microélectronique avec leurs caractéristiques thermiques, leur coefficient de dilatation et leur masse volumique. Les valeurs ne sont données qu’à titre indicatif. Elles peuvent varier en fonction du fabricant et de la nuance. Lors de l’étude, un compromis devra être trouvé entre ces 3 valeurs.
La figure 10 donne un exemple de calcul pour une pastille active brasée sur un support lui-même reporté sur un fond de boîtier. L’influence de chaque composant sur le bilan thermique montre où il est possible d’intervenir pour améliorer la dissipation thermique.
L’élévation de température T due à l’introduction...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - * étude théorique de la questionΔ comporte des résultats d’essais de laboratoireo étude technologique de la question
-
(2) - ROSE (A.) - Thin film circuit manufacturing using thick film technology (La fabrication de circuit couche mince utilisant la technologie couche épaisse). - Hybrid Circuit Technology (USA) no 21, p. 48-49, mars 1990 (*).
-
(3) - ROCHE (G.), LABREGERE (G.), PAROTON (L.) - Les encres organométalliques pour utilisation en microélectronique couche épaisse. - Textes des communications « Journées d’études Matériaux et Microélectronique hybride ». Paris, p. 23 à 32. SEE, 7 et 8 avril 1992 (*Δo).
-
(4) - * - ESL Europe News – Issue 4. ESL (1993) (Δ).
-
(5) - TUMMALA (R.), AHMED (S.) - Packaging technology for IBM system 390/ ES 9000 family of mainframe computers (Technologies d’encapsulation pour les systèmes IBM 390/ES de la famille des calculateurs 9000). - Proceedings « 8th European Hybrid Microelectronics Conference »...
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