FR2964792A1 - Dispositif d'interconnexion electrique a couche surperficielle conductrice transparente - Google Patents

Abstract

Dans un dispositif d'interconnexion à couche conductrice transparente superficielle telle que l'ITO, à prise de contact sur un bus métallique, on introduit un élément empêchant la propagation latérale de la zone d'oxydation ou de corrosion sous un via de prise de contact, à toute la largeur du bus. Il s'agit de contraindre la zone d'oxydation/corrosion dans un périmètre qui ménage ainsi un corridor "inaltérable" C entre le via et un bord longitudinal du bus métallique 11. Il est obtenu en associant au via, Via , une ouverture w allongée dans le sens de la longueur du bus, percée dans le bus conducteur métallique 11 et située entre ce via Via et un bord longitudinal 11a de ce bus. Application à la commande des afficheurs et capteurs de lumière

Description

DISPOSITIF D'INTERCONNEXION ELECTRIQUE A COUCHE SUPERFICIELLE CONDUCTRICE TRANSPARENTE L'invention concerne les dispositifs d'interconnexion électrique de circuits électroniques, prévus pour la connexion à un système externe qui fournit les signaux nécessaires à la commande de ces circuits. Elle concerne plus spécialement des dispositifs d'interconnexion électrique qui utilisent comme couche d'interface externe, une couche conductrice transparente utilisée dans les circuits d'afficheurs (LCD, OLEDs ...) ou de capteurs de lumière de tous types (à photodiodes, à cellules photovoltaïques ). ETAT DE L'ART Cette couche superficielle conductrice transparente est une couche de l'empilement technologique de la partie active du circuit électronique considéré, par exemple pour former les électrodes pixels d'un afficheur, qui s'impose tout naturellement comme couche utilisée pour l'interface externe : on peut réaliser dans la même étape de procédé à la fois les éléments conducteurs transparents dans la zone active du circuit, par exemples les électrodes pixels pour un afficheur ou les anodes de cellules photovoltaïques, et le niveau superficiel pour réaliser l'interface externe, dans la zone périphérique du circuit : il s'agit ici d'offrir une surface de plage de contact électrique, pour le report par collage ou pression mécanique d'un circuit de connexion, typiquement un circuit imprimé lui-même relié à un système externe. Si on prend l'exemple des afficheurs, le système externe est un système qui fournit le signal vidéo voire les signaux d'adressage des points image selon que l'afficheur est à drivers intégrés ou drivers externes. Cette couche conductrice transparente est généralement une couche oxyde conducteur transparent (TCO), tel que par exemple un oxyde d'indium dopé à l'étain (ITO) ou un oxyde à base de Zinc (ZnO). Cela peut aussi être une fine couche métallique à base d'un métal noble tel que l'argent. Ces signaux électriques externes sont habituellement transmis par un circuit d'interface électrique de type circuit imprimé, de technologies variées : PCB "Printed Circuit Board", TAB ("Tape Automatic Bonding''), flex, COF (Chip on Flex), COG (Chip on Glass). En pratique, la liaison électrique entre le circuit d'interface et la couche conductrice transparente superficielle du dispositif d'interconnexion électrique est réalisée via un film conducteur anisotropique ACF placé entre la couche conductrice transparente superficielle et le circuit d'interface. Le circuit d'interface peut-être pressé mécaniquement, ou thermocollé dans le cas d'un circuit imprimé flexible, sur cette zone d'interconnexion. A titre d'illustration de l'état de l'art en la matière, la figure 1 montre ainsi de façon schématique en coupe transversale, un afficheur LCD à matrice active, AMLCD, commandé par un circuit d'adressage ("driver" externe) lui-même commandé par un système vidéo externe non représenté. La couche conductrice transparente utilisée pour les électrodes pixel est généralement de l'ITO. La couche de métal conducteur utilisée pour les lignes d'adressage de la matrice est généralement à base de Molybdène (monocouche ou multicouches), Titane Molybdène TiMo, ou Aluminium Molybdène Aluminium (AIMoAI). On a mis en évidence sur la figure la couche d'ITO et la couche de métal sous l'ITO, qui sont des niveaux de la zone d'interconnexion Zint et aussi des niveaux de la zone active ZA. Les signaux entre la zone active et la zone d'interconnexion, c'est-à-dire dans la zone dite de "fan-in", transitent uniquement sur le niveau de couche de métal conducteur. Dans la zone d'interconnexion, on a bien la couche conductrice transparente, l'ITO dans l'exemple, en couche conductrice superficielle, sur laquelle on vient connecter par collage, l'interface de connexion du driver, dans l'exemple un TAB. Cette connexion se fait via un film conducteur anisotropique ACF. Le driver est lui-même connecté à une autre interface, dans l'exemple par un PCB, qui transmet les signaux vidéos reçus d'un système externe non représenté. Sur la figure le PCB comprend aussi un composant monté en surface CMS. L'ITO est un matériau dont les propriétés de conductivité électrique ne sont pas excellentes (matériau résistif). C'est la raison de l'utilisation de la couche métallique conductrice, ayant de bien meilleures propriétés de conduction électrique pour transporter les signaux entre la zone d'interface externe et la zone active. Dans l'exemple de la figure 1, cette couche est du AIMo, qui est une couche habituelle des niveaux de zone active d'un afficheur LCD. C'est ainsi que selon l'état de l'art, le dispositif d'interconnexion comprend un bus conducteur métallique, sous la couche conductrice superficielle d'ITO, séparé de cette couche superficielle d'ITO par un isolant.

Ce bus métallique conducteur s'étend depuis la zone d'interconnexion externe Zint jusque dans la zone active ZA. Un tel dispositif d'interconnexion à couche d'ITO superficielle est détaillé en vue de dessus sur la figure 2 (en omettant la couche d'isolant) et en coupe transversale sur la figure 3. Il comporte en superposition sur un substrat 10, un substrat verre typiquement, un bus conducteur métallique 11, une couche isolante 12, et une couche transparente conductrice superficielle (ITO) 13. La couche d'ITO est limitée à la zone définie d'interconnexion Zint, tandis que le bus conducteur 11 et l'isolant 12 s'étendent de cette zone d'interconnexion, vers la zone active ZA du circuit. Dans la zone d'interconnexion, la couche isolante est percée d'au moins un via 14 dans lequel la couche conductrice superficielle 13 d'ITO pénètre pour une prise de contact avec le bus conducteur 11. En général plusieurs vias 14 sont prévus, pour une prise de contact multiple sur le bus conducteur 11, pour améliorer les propriétés de conduction du dispositif. Cette structure multicouche d'interconnexion a de bonnes performances électriques car le bus conducteur métallique 11 a une faible résistivité : typiquement il existe un facteur 100 entre la résistivité élevée de l'ITO et celle du bus conducteur métallique 11. Elle a aussi un bon rendement de fabrication. Notamment elle est suffisamment insensible aux impuretés conductrices en surface, car la couche d'isolant permet d'éviter les courts-circuits entre les bus. Cette couche d'isolant sert aussi de passivation pour éviter l'oxydation de la couche enterrée formant le bus conducteur métallique 11.

Cette structure d'interconnexion largement employée souffre cependant de la fragilité de la couche d'ITO : cette couche qui doit être fine, par exemple de l'ordre de 50 à 100 nm, pour être transparente, est en effet fragile et cassante. Notamment elle passe mal les "marches" correspondant aux vias pour les prises de contact sur le bus métallique conducteur. Avec le temps, on observe ainsi un phénomène d'oxydation, de corrosion ou d'électro-corrosion du bus conducteur métallique au niveau des vias, conduisant progressivement à une coupure du bus. Une telle coupure peut créer un défaut d'affichage de ligne ou de colonne, visible sur l'afficheur, si la coupure est proche de la zone active.

Le problème de défaut de marche et le phénomène d'oxydation et coupure qui en découle sont illustrés sur les figures 4 à 10. La figure 4 illustre en vue de dessus, un élément d'interconnexion, pour un signal, comportant un bus conducteur métallique 11, une couche d'isolant (non illustrée sur la figure, par souci de clarté) et une couche d'ITO superficielle 13, avec des vias 14 pour la prise de contact de la couche d'ITO sur le bus 11, vias qui sont symboliquement représentés par le contour de leur empreinte sur le bus conducteur. La figure 5 est une vue en coupe transversale selon l'axe AA' traversant un via 14 dans la largeur du bus (Figure 4), qui montre un défaut dl de passage de marche de l'ITO, c'est-à-dire une fissure ou une cassure dans la couche d'ITO, qui découvre un accès au bus conducteur 11, au fond du via. Ce défaut dl permet l'infiltration de contaminants, que ce soit du liquide, du liquide séché ou autres, qui avec le temps peuvent réagir avec le métal du bus conducteur 11. On observe en pratique des phénomènes d'oxydation, corrosion ou même d'électro-corrosion, c'est-à-dire une corrosion déclenchée par le passage de courant. Dans le cas d'un dispositif d'interconnexion d'un afficheur tel qu'en figure 1, cette électro-corrosion est typiquement déclenchée avec les signaux d'adressage provenant du driver.

Cette oxydation, corrosion ou électro-corrosion du métal du bus conducteur se traduit concrètement par la disparition de matière, du métal, et donc l'apparition d'un trou dans le bus conducteur 11. Cette altération du bus métallique avec création de vide de matière évolue avec le temps, ce qui s'explique par le fait que la corrosion verticale à l'aplomb du via est rapide, tandis que la corrosion latérale est plus lente. On observe ainsi plusieurs stades d'altération : d'abord la création d'un trou ox1 situé sensiblement sous le via, comme représenté en figures 6 et 7, liée à la corrosion/oxydation verticale. Avec le temps et les impuretés, le trou s'étend latéralement au delà du périmètre du via et peut même prendre toute la largeur du bus conducteur 11, comme représenté sur les figures 8, 9 et 10 : La figure 8 est une vue de dessus qui montre bien une oxydation ox2 qui coupe complètement le bus en deux parties. Si cette coupure se situe au niveau du via de prise de contact le plus proche de la zone active, on comprend qu'aucun signal ne pourra plus être transmis vers la zone active. La figure 9 est une vue en coupe transversale longitudinale, selon l'axe BB' du bus. La figure 10 est une vue en coupe transversale dans la largeur du bus, suivant l'axe AA' coupant le via présentant le défaut di : à cet endroit, du fait de l'oxydation ox2, il n'y a plus de métal : il n'y a que du vide. On comprend que cette totale coupure du bus, si elle se produit au niveau du via situé le plus près du côté de la zone active, empêche la transmission du signal vers la zone active. Par suite, cette coupure se traduit sur l'afficheur par un défaut visible d'adressage de ligne ou de colonne. La présence de multiples vias, pour une prise de contact multiple, est une première réponse à ce problème (redondance matérielle) : si la coupure se produit sur un via qui n'est pas celui le plus proche de la zone active, le signal peut encore passer sur une partie de la longueur du bus. Cette solution améliore la fiabilité, mais ne supprime pas totalement le risque. Or cette panne n'est pas réparable. On rencontre ce problème quand on utilise en superposition une couche conductrice transparente (oxyde d'un métal, ou métal noble, en fine couche) et une couche métallique, dans une structure d'interconnexion à couches minces.

RESUME DE L'INVENTION L'invention a pour objet de résoudre ce problème technique de coupure de transmission de signal par oxydation/corrosion du bus métallique sous une couche conductrice transparente. La solution apportée consiste à introduire un élément empêchant la propagation latérale de la zone d'oxydation ou de corrosion sous un via, à toute la largeur du bus. II s'agit de contraindre la zone d'oxydation/corrosion dans un périmètre qui ménage ainsi un corridor "inaltérable" entre le via et un bord longitudinal de bus. Il est obtenu en associant à un via, une ouverture allongée dans le sens de la longueur du bus, percée dans le bus conducteur métallique et située entre ce via et un bord longitudinal de ce bus.

L'invention concerne ainsi un dispositif d'interconnexion électrique comportant une superposition d'un bus conducteur métallique allongé, d'une couche isolante, et d'une couche conductrice transparente superficielle, la couche isolante étant percée d'un via ou d'une pluralité de vias, la couche conductrice superficielle pénétrant dans chaque via pour une prise de contact entre le bus conducteur et la couche conductrice superficielle, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture allongée dans le sens de la longueur du bus, percée dans le bus métallique, est associée à un via et est disposée entre le via et un bord longitudinal du bus. Lorsque plusieurs vias sont prévus, pour une prise de contact multiple, on associe au moins une ouverture à chaque via. Les ouvertures le long du bus peuvent être disposées de manière alternée, entre le via et un bord longitudinal du bus, ou entre le via et l'autre bord longitudinal du bus. Plusieurs vias peuvent aussi être associés à une même ouverture. L'invention s'applique tout particulièrement à l'interconnexion électrique des dispositifs opto-électroniques, par exemple des afficheurs LCD ou OLED ou des capteurs de lumière, par exemple des capteurs CCD ou des cellules photovoltaïques.

D'autres caractéristiques ou avantages de l'invention sont détaillés 15 dans la description suivant et en référence aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est une vue schématique de l'interconnexion d'un afficheur avec un système externe selon l'état de l'art ; -les figures 2 et 3 sont respectivement une vue de dessus, 20 simplifiée, et une vue en coupe transversale suivant la longueur du bus métallique, d'un dispositif d'interconnexion à bus métallique sous une couche conductrice transparente superficielle; -les figures 4 à 10 sont des vues de dessus et en coupe transversale illustrant le phénomène de défaut de marche et 25 d'oxydation/corrosion du bus conducteur métallique sous les vias; -les figures 11 et 12 illustrent en vue de dessus et en coupe transversale, un dispositif d'interconnexion associant une ouverture percée dans le bus métallique à un via, selon l'invention; -la figure 13 illustre l'effet barrière de propagation obtenu avec une 30 ouverture percée selon l'invention, ménageant un couloir métallique inaltérable dans le bus conducteur; -les figures 14, 15 et 16 illustrent des variantes de mise en oeuvre de l'invention. 35 DESCRIPTION DETAILLEE La figure 11 illustre un élément de structure d'interconnexion, à couche conductrice transparente superficielle 13, et bus conducteur métallique 11 enterrée sous cette couche 13, séparés par une couche d'isolant non apparente sur la figure. Une prise de contact Via; entre le bus conducteur et la couche conductrice superficielle, matérialisée sur la figure par le contour de son empreinte sur le bus 11, est prévue. Entre cette prise de contact et un bord longitudinal 11 a du bus métallique 11, une ouverture allongée w; est percée dans le bus métallique. Cette ouverture w; ménage un couloir de conduction inaltérable C; dans ce bus conducteur, au niveau de cette prise de contact Via;. Le terme "inaltérable" est à comprendre comme protégé de la corrosion ou de l'oxydation. La figure 12 est une vue en coupe transversale de la structure, quand il n'y a pas encore d'oxydation. C'est une coupe dans la largeur du bus, suivant un axe AA' traversant le via Via;. Elle montre le via de la prise de contact avec un défaut de marche di au fond du via, l'ouverture w; percée dans le bus métallique 11 et le couloir C; formé entre cette ouverture et le bord longitudinal 11a du bus.

Si on s'attarde sur les étapes de fabrication : on réalise le bus métallique, par exemple par pulvérisation cathodique ; on perce la fenêtre ; on dépose la couche d'isolant, puis la couche conductrice transparente superficielle. L'isolant vient ainsi remplir l'ouverture percée dans le bus. La figure 13 est une vue de dessus montrant l'effet barrière de propagation de l'ouverture w;, vis-à-vis d'une oxydation et/ou corrosion qui se propage latéralement en créant du vide dans le bus conducteur, lorsque l'oxydation "rencontre" le vide créé dans la fenêtre ou l'isolant qui s'est inséré dans l'ouverture : il n'y a rien à oxyder ; et l'oxydation s'arrête. Ainsi l'oxydation peut se propager latéralement d'un côté du via, 30 mais est arrêtée de l'autre côté par l'ouverture w;. Pour que cette barrière soit efficace, on prévoit une ouverture plus longue que le via, par exemple au moins 10 fois plus longue. Sinon l'oxydation pourrait "contourner" rapidement l'ouverture et atteindre le bord 11a du bus que l'ouverture est censée protéger.

Dans tous les cas l'oxydation contournera à terme l'ouverture et coupera le bus métallique. L'ouverture ne permet pas d'arrêter la corrosion, mais permet de la piéger temporairement. On améliore ainsi notablement la fiabilité du produit et donc également son rendement de fabrication.

On peut envisager une ouverture de chaque côté du via pour ménager un corridor sur chaque bord longitudinal 11 a, 11 b. En pratique, le choix du nombre, de la position des ouvertures et de leur répartition relativement au nombre de vias, dépend des règles de dessin imposées pour le produit considéré, notamment en fonction des caractéristiques déterminées pour l'opération de thermocollage via une couche d'ACF, et des caractéristiques technologiques du procédé de fabrication. La figure 11 illustre un dispositif d'interconnexion ne comprenant qu'un via de prise de contact entre la couche conductrice superficielle 13 et le bus métallique 11. Mais généralement plusieurs vias sont prévus, pour réaliser une prise de contact multiple entre la couche conductrice superficielle et le bus métallique, favorable à la fiabilité et aux qualités de conduction du dispositif. Plusieurs mises en oeuvre de l'invention peuvent alors être envisagées. La figure 14 illustre une première mise en oeuvre. Le dispositif 20 illustré comprend trois vias Via1, Via2, Via3. Seul le via le plus proche de la zone active ZA est associé à une ouverture selon l'invention. Cette mise en oeuvre représente la version minimale, par laquelle on est assuré que le signal sera toujours transmis même en cas de coupure du bus au niveau d'un ou des vias (Via1, Via2) en amont de ce dernier via 25 Via', qui est le dernier via dans le sens de transmission d'un signal appliqué sur la couche superficielle, via le bus métallique, vers la zone active ZA. La figure 15 illustre une version "maximale" d'une mise en oeuvre de l'invention, dans laquelle on associe une ouverture w1, w2, w3 à chaque via Via1, Via2, Via3. 30 Dans l'exemple les vias sont décentrés vers un bord ou l'autre du bus métallique, selon la position de l'ouverture. Mais ils peuvent être tous alignés comme illustré sur la figure 16. Plus précisément, dans cet exemple de la figure 15, les ouvertures sont placées de manière alternée d'un côté ou de l'autre du via, ménageant 35 des corridors "inaltérables" alternés , CI, C2, C3.

La figure 16 illustre une autre variante, dans lequel la transmission d'un signal utilise un élément d'interconnexion en peigne, c'est à dire à plusieurs doigts BI, B2, qui se rejoignent en un bus principal Bp de transmission vers la zone active. Le circuit de flexage par lequel le signal est appliqué est alors également en peigne. Cette configuration en peigne est généralement utilisée quand on prévoit la transmission d'un signal à fort appel de courant nécessitant une surface d'interconnexion importante. Elle permet d'améliorer la tenue mécanique de l'assemblage entre le dispositif d'interconnexion et le circuit de flexage, tout en assurant une faible ~o conduction électrique bien adaptée pour des courants forts. Dans l'invention, cette configuration a comme avantage supplémentaire de permettre l'isolation de doigts corrodés du bus, de doigts qui ne le sont pas. Dans l'exemple illustré sur la figure 16, deux variantes supplémentaires sont illustrées: 15 -chaque ouverture, par exemple wl est associée à deux vias successifs, dans l'exemple Via1 et Via2. -les extrémités de chaque ouverture présentent un retour transversal donnant une forme générale de U à l'ouverture, à l'intérieur duquel se situent les vias. 20 Cette forme en U améliore encore la fonction de barrière, de frein, à la progression de la corrosion. Les différentes variantes décrites et illustrées sur les figures, peuvent avantageusement se combiner entre elles, le choix des dimensions, forme, nombre, position, association à un ou plusieurs vias étant 25 principalement fonction du produit de destination.

L'invention qui vient d'être décrite permet de manière simple et peu coûteuse de résoudre le problème de fiabilité des dispositifs 30 d'interconnexion à couche conductrice transparente superficielle à prise de contact sur un bus métallique. Elle s'applique notamment aux dispositifs d'interconnexion des matrices électro-optiques de commande des afficheurs et capteurs de lumière. 35

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'interconnexion électrique comportant une superposition d'un bus conducteur métallique allongé (11), d'une couche isolante (12), et d'une couche conductrice transparente superficielle (13), la couche isolante étant percée d'au moins un via (Via;) dans lequel la couche conductrice superficielle pénètre pour une prise de contact entre le bus conducteur et la couche conductrice superficielle, caractérisé en ce qu'au moins une ouverture (w;) allongée dans le sens de la longueur du bus, percée dans le bus métallique, est associée à un via et est disposée entre le via et un bord longitudinal (11a) du bus.
2. 2. Dispositif d'interconnexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur de l'ouverture est supérieure à la longueur du via dans le sens longitudinal.
3. 3. Dispositif d'interconnexion selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche isolante est percée d'une pluralité de vias (Viai, Via2, Via3) pour une prise de contact multiple entre le bus conducteur et la couche conductrice superficielle, caractérisé en ce qu'une ouverture au moins est associée à au moins un via (Viai), qui est le dernier via dans le sens de transmission d'un signal appliqué sur la couche superficielle, via le bus métallique, vers une zone active (ZA).
4. 4. Dispositif d'interconnexion selon la revendication 3, dans lequel au moins une ouverture est associée à chaque via.
5. 5. Dispositif d'interconnexion selon la revendication 3, dans lequel une ouverture est associée à chaque via, des ouvertures étant disposées entre leur(s) via(s) respectif(s) et un bord longitudinal 11 a du bus, et d'autres ouvertures étant disposées entre leur(s) via(s) respectif(s) et l'autre bord longitudinal (11 b) du bus.
6. 6. Dispositif d'interconnexion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les ouvertures ont une forme générale en U.
7. 7. Dispositif d'interconnexion selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche conductrice superficielle est une couche d'oxyde d'indium dopé à l'étain.
8. 8. Dispositif électro-optique, comportant un dispositif d'interconnexion selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, pour chaque signal de commande externe.