Contribution de
10 - Yves CHABLE Les nouvelles technologies à partir de 1966
Fin 1966, Monsieur VELTE créa la section « Technologies nouvelles » au sein du service Etudes Générales. A cette époque la SAT concevait l’électronique de la génération « 1970 » du matériel de transmission téléphonique.
L’état précédent de la Technique consistait en interconnexions de composants discrets tels que bobinages, condensateurs, diodes, transistors (tubes et boîtiers TO5). Les assemblages étaient réalisés sur support plastique percé ou sur circuit imprimé simple face, où donc, les conducteurs étaient intégrés.
Les nouvelles tendances conduisaient à élargir l’intégration en ajoutant les résistances aux conducteurs et à miniaturiser les circuits.
Ceci était possible pour deux technologies qui furent étudiées :
- les couches minces (épaisseur de 0,1 à 1 mm) sur verre ou céramique,
- les couches épaisses (de 5 à 25 mm).
Sous l’impulsion de Serge LACROIX, les premières furent étudiées à CANTAGREL alors que les secondes le furent à CACHAN.
A partir de cette intégration, il fallait ajouter des composants discrets tels que bobinages (à éviter en raison de leur taille), condensateurs miniaturisés, diodes et transistors miniatures ; d’où leur appellation : circuits intégrés hybrides puis simplement circuits hybrides. L’étude du report des composants, ainsi que l’encapsulation furent menées à CANTAGREL pour les deux technologies.
Avec l’objectif de trouver un procédé valable industriellement, le collage des composants (tenue et connexion électrique) fut écarté au profit de l’étamage des circuits et de la liaison (mécanique et électrique) par refusion de soudure ; cette dernière technique permettait des procédés collectifs de traitement des circuits et donc un abaissement des coûts en fabrication.
D’autre part, l’encapsulation des circuits fut mise au point avec des boîtiers plastiques remplis de résine époxy.
Les composants miniatures rapportés les plus courants étaient :
- pour les condensateurs, les capacités «cerfeuil» multicouches céramique et les condensateurs « tantale » à électrolyte solide,
- pour les composants actifs, les diodes à sorties axiales et les transistors sous présentation «ceratab» (sur support métallisé en céramique), «plastitab» (grille métallique enrobée), puis les «SOT23» (idem).
En 1968, vint l’heure du choix entre les deux technologies. Les autres fournisseurs de la téléphonie avaient choisi les couches minces, suffisamment connues à l’époque.
Bien que les performances des couches épaisses (particulièrement pour les résistances) soient alors en limite, c’est en escomptant des progrès dans les pâtes de sérigraphie et dans la technologie de mise en œuvre que cette option fut choisie par la SAT. En outre, les couches avec leur plus grande épaisseur étaient moins fragiles et fabricables plus facilement.
C’est l’unité de production de LANNION qui fut choisie pour la mise en œuvre de la fabrication des circuits. L’industrialisation du procédé fut définie, étudiée et lancée pour produire de l’ordre d’un million de circuits par an. La qualification de la technologie fut dirigée par M. OLLIVIER qui représentait la SAT devant le CNET.
Pendant ce temps, l’étude des hybrides en couches minces se poursuivait. Un prototype de «Traducteur de Tension» pour l’ESA fut réalisé à partir de couches minces d’Or pour les conducteurs, de Nickel-Chrome pour les résistances et d’Aluminium pour les électrodes de condensateurs (jusqu’à 3.000 pF) sous l’impulsion de Messieurs LAMELOT et DUBRUNFAUT. Ces circuits inaugurèrent une implantation spéciale qui permettait d’ajuster une résistance à une valeur quelconque dans un rapport 1 à 20 (en augmentation).
Après 1970, la section « Technologies nouvelles » accueillit une production de circuits hybrides qui avaient été étudiées à SURESNES par une des équipes de SUD-AVIATION intégrées à la SAT. Ces circuits étaient utilisés pour la réalisation d’équipements : Répondeurs-Radar.
Les technologies de couches minces étaient également utilisées pour des circuits hyperfréquence avec un procédé de dépôt sous vide (Nickel-Chrome + Or) suivi d’une électrolyse d’Or (épaisseur 3 à 5 mm) et d’une gravure chimique. Le substrat était une céramique à 99,5 % d’alumine et permettait l’intégration de fonctions diverses : filtres, coupleurs, résonateurs, lignes à retard. Plus tard, la majorité de ces fonction put être réalisée en couches épaisses soit imprimées, soit gravées chimiquement.
En 1972, le service « Procédés Industriels – Technologies Nouvelles » déménagea de CANTAGREL pour s’installer dans 1 000 m2 de locaux bien aménagés à DINAN. Ce laboratoire très fonctionnel avec centrale de conditionnement d’air, dépoussiérage, réseaux d’eau déminéralisée et d’azote (gaz), traitement des eaux usées offrit au personnel concerné, qui accepta ce déplacement, une bien meilleure qualité de vie.
Le laboratoire de DINAN fut équipé de puissants moyens d’analyse tels que :
- microscopie optique,
- microscope électronique à transmission,
- microscope électronique à balayage.
Ces appareils servirent à l’étude des surfaces de substrats, de couches minces ou épaisses et de semi-conducteurs.
Le report des nouveaux composants fut l’objet de mises au point, tant sur le reformage éventuel des pattes que sur leur pré-étamage et leur positionnement avant brasage (extension du terme soudage). De nombreux types de composants furent étudiés en vue de leur utilisation sur nos circuits hybrides :
- certains s’imposèrent en raison de leur disponibilité ou de leur facilité de mise en œuvre tels que les boîtiers SO (jusqu’à 24 accès), les boîtiers DIP (jusqu’à 64 accès), les «chip-carriers», plastique ou céramique (jusqu’à 244 et même 320 accès), les LGR (Land Grid Arrays), pour ceux n’ayant des accès que sur le périmètre extérieur.
- Certains n’ont pas été utilisés. En particulier les TAB (Tape Automated Bonded, jusqu’à 200 accès), les «Beam Leads», les «Flip-Chips»…
Les études d’encapsulation s’appliquaient principalement aux circuits à couches épaisses. Quand les composants le permettaient, la meilleure protection était l’absence d’encapsulation (circuits nus). Dès qu’une protection mécanique était nécessaire, on faisait appel à des résines neutres pour différents procédés tels que remplissage de boîtier, fluidisation, trempé, protection locale à la goutte, ou totale sur la face utile.
Enfin, dès que des semi-conducteurs nus («puces») furent utilisés, l’herméticité totale requise fut obtenue à la SAT par capot collé, fruit d’une mise au point à DINAN.
De nouvelles études en couches épaisses permettaient de passer des circuits «monocouche» aux circuits multicouches, d’élargir la gamme des résistances (£ 1 W et ³ 10 MW), d’accepter les semi-conducteurs nus avec câblage de fils de liaison par thermocompression, ou par soudage thermosonique. Cette dernière possibilité nécessitait de recourir à une encapsulation étanche qui fut développée de manière originale avec des capots collés. Ceci évitait le boîtier verre-métal ou céramique-métal, beaucoup plus onéreux et de performances similaires.
Ces technologies dites de 2e génération permirent de réaliser les circuits du SATCP (missile MISTRAL) avec une miniaturisation extrême. Pour exemple, un des 18 circuits de cet ensemble comprenait sous un volume de @ 46 x 26 x 5 mm3 (6 cm3) :
- 22 résistances intégrées,
- 3 condensateurs «chip» et un circuit intégré à 16 accès,
- 17 puces (semi-conducteurs nus) avec 220 fils de liaison.
Les règles d’implantation des circuits hybrides à couches épaisses fabriquées à LANNION ayant été transmises à la section LCH de J-P MERY de la Direction Technique, la conception de nouveaux circuits put être assurée à PARIS avec les avantages de la proximité des concepteurs des équipements électroniques. Cette même section mit au point et transféra à l’usine de LANNION la fabrication des circuits de couplage électro-optique pour les réseaux câblés de Paris.
Une autre voie d’application des circuits hybrides à couches épaisses fut développée en particulier pour étudier une série de disjoncteurs statiques à courant continu et à courant alternatif (étude menée par Edmond MOKRANI).
Ces objets devaient accepter entre autres contraintes un court-circuit sur la charge (1 000 watts) pendant 3 secondes toutes les 30 secondes ! Il a donc fallu mettre au point les techniques nécessaires aux circuits de puissance qui comportaient des résistances, des transistors et des thyristors à grande dissipation thermique.
Les couches minces, peu à peu abandonnées aux profit des circuits épais, ont malgré tout permis d’autres applications :
- Les filtres à quartz nécessitaient un dépôt d’or sur des quartz (coupe AT) et une gravure chimique très fine.
- Le développement des piles solaires a donné l’occasion de déposer des conducteurs sur des piles solaires au sulfure de Cadmium.
- Plus tard, quelques dépôts de couches minces sur Hg-Cd-Te furent sous-traités pour le laboratoire Infra Rouge de CANTAGREL (MM. BESSON, SIRIEIX, SALAVILLE).
- Ultérieurement encore, l’étude de matrice CCD en technologie MIS (transfert de charge sur Métal Isolant Semi-conducteur) sur Antimoniure d’Indium (In Sb) nécessitait le dépôt et la gravure chimique de 15 couches en 4 niveaux ; cette matrice comportait 16 x 16 cellules (1024 éléments) sur une surface de @ 5 x 6 mm2 à raison de 21 pièces par tranche de In-Sb (diamètre 30 mm).
Notons que cette technologie était parfaitement comparable à celle des fabricants de circuits intégrés à semi-conducteur.
Pour terminer cette revue des technologies nouvelles développées à la SAT, signalons l’étude et la réalisation d’un équipement de traitement de cancers par hyperthermie (échauffement et destruction des cellules cancéreuses au-delà de 43°C). Avec l’accord tacite de Monsieur DORBEC, le laboratoire de DINAN mit au point un appareil générateur à 13,56 MHz avec application de la puissance à travers des électrodes souples apposées sur la peau de part et d’autre de la tumeur.
L’équipement servit à une étude INSERM par le Professeur ISRAËL à l’hôpital de BOBIGNY ; elle donna des résultats intéressants repris ailleurs par la suite.
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