Brevet FR2298251A1 — publié le 19760813

Procédé de montage, de cablage et de protection de circuits clectroniqiies sans soudure, ni wrappage. te procédé décrit concerne les opérations de montage, de ca blase, de protection et éventuellement de présentation des appa re-ils électronicn;tes. La construction des appareils électroniques a connu un bouleversement avec l'apparition du cablage sur circuit imprimé, dans lequel les composants sont insérés sur une carte isolante percée, comportant sur sa sous-face des pistes cuivrées. Les connexions des composants sont soudées à ces pistes. On obtient des réalisations de bonne qualité mécanique et électrique. Mais la fabrication nécessite une quantité de main-dwoeuvre très importante pour les cpérations délicates de mise en place des composants et de soudure. Des progrès techniques ont permis de mécaniser certaines opérations : réalisation du circuit imprimé, soudure à la vague ou au bain, et même insertion des composants sur la carte imprimée. Mais alors les machines nécessaires sont très complexes, ne s'amor tissent que sur de grandes séries, et les coûts de production restent élevés. Un des avantages essentiels du cablage par soudure est que l'on peut éventuellement remplacer un composant défaillant. Cet avantage est de moins en moins utilisé, car il est souvent plus rentable de remplacer un module simple fabriqué industriellement que de procéder à une reparatton de plus en plus coûteuse. Par ailleurs, la soudure sur circuit imprimé a quelques incor-- vvnients techniques : certains composants sont très fragiles et supportent mal l'élévation de température pendant l'operation de soudure (transistors FET et MUST, circuits intégrés). On doit alors recourir à des supports de composant qui sont souvent plus coûteux que le composant lui-même. Par ailleurs, il est malaisé de protéger efficacement des court-circuits accidentels des pistes voisines hérissées de soudures. Une simple poussière, une trace d'humidité peuvent ompromettre le fonctionnement d'appareils complexes.Si l'on exige une très grande fiabilité des ensembles réalisés, on doit conditionner soigneusement chaque module, sinon l'atmosphère dans lanquelle se trouve l'appareil (ordinateurs). Le procédé de fabrication proposé supprime tous ces inconvénients. Il est applicable quelle que soit l'importance des séries réalisées. L'opération de soudure est remplacée Dar l'application à froid d'une encre conductrice, et les ensembles une fois réalisés sont parafaitement protégés électriquement et mécaniquement. Un développment du procédé permet d'obtenir une très grande densité de composants pour un volume donné, donc une miniaturisa tison poussée. Le procédé de fabrication comporte les étapes suivantes Ire étape : mise en place des composants Les composants sont préparés, Si nécessaire, par coudage de leurs connexions, et disposés e lever place respective. Selon l-'importance des séries à réaliser, on y parvient, -soit en piquant simplement les composants sur une plaque de mousse plastique tendre, de cire, de liège, etc..., soit grâce à une machine crui maintient les connexions dans des pinces appropriées pendant la durée de la seconde étape. Dans une variante du procédé, les composants sont classiquement insérés sur une carte isolante percée.Dans une autre variante, les composants utilisés sont spécialement étudiés pour ce procédé de fabrication : leurs connexions sont toutes de longueur standard de façon à affleurer après moulage, sans abrasion mécanique ultérieure. Leur forme est étudiée pour qu'ils prennent une position stable lorsqu'il sont simplement posés sur une surface plane servant de fond de moule. Les connexions peuvent mNme être réduites à de simples plots, les composants eux-mêmes ayant la longueur requise. 2ème étape : blocage des composants Les composants sont ensuite immergés dans de la résine polyester ou époxy, ou encore dans une cire fondue à basse température, ou tout autre élément pouvant permettre leur enrobage à froid êt ayant des propriétés d'isolation électrique satisfaisantes. La résine est Contenue dans un moule de dimensions adaptées à la réalisation projetée. Si la mise en place des composants a été faite sur carte imprimée classique, or peut se contenter de répandre sur les componsants une colle, résine ou cel silicone propre à assurer leur blocage mécanique. 3ème étane : préparation de la surface de cablage Lorsque le produit d'enrobage est durci, et le cas échéant. les blocs démcues, les connexions des components sont arasées sur le. surface de l'isolant5 et l'ensemble est aplani par abrasion. Au terme de cette opération, qui est inutile si les composants utilisés ont été spécialement étudiés, on dispose d'une surface plane isolante parsemée de plots métalliques correspondant aux connexions des composants, ce qui est caractéristique du procédé inventé et se retrouve quelles que soient les variantes des précé dentes étapes. 4ème étapes: cablage imprimé II suffit ensuite d'imprimerpr OU de dessiner sur la surface ainsi éparée les pistes conductrices entre les différentes plots métalliques qui réaliseront le cablage du module. Il convient d'utiliser une encre conductrice du type à suspension de poudre d'argent, ou tout autre produit conducteur qui pourrait être découvert, et qui réali serai t à froid 1 ' interconnexion des plots affleurants. Si l'on emploie l'encre conductrice, on utilisera le procédé d'impression le plus ar7apté compte tenu des séries à réaliser. Cette phase elle aussi est caractéristique du procédé inventé. 5éme étape: protection du cablage Comme on dispose d'une surface pratiquement plane après impres sinon du cablage, il est facile de proteger celle-ci en appliquant par dessus un film plastique adhésif, ou encore en coulant une dernière coi'che de résine. Dams une variante du procédé décrit, cette étape est confondue avec la précédente : on utilise en effet un circuit imprimé souple, dont la technologie est désormais connue, et qui est en même temps adhésif. L'application des pistes cuivrées du circuit imprimé contre les plots affleurants assure les contacts nécessaires.Les pistes et les plots de connexion doivent alors être parfaitement préparés pour éviter tout faux contact1 et cette technique doit sans doute être réservée à l'in- terconnexion des modules entre eux, comme il sera décrit plus loin Dans le cas où la protection du cablage est assurée par une couche de résine, l'étanchéité et la protection seront parfaits, et le module réalisé pourra être plongé dans des liquides ou des atmosphères corrosives, sans que le functionnement en souffre. Il est bien etendu impossible d'enrober des composants mécaniques ou mobiles, tels que potentiomètre, résistances ajustables, condensateurs variables, etc..., à moins qu'ils n'aient été conçus pour ce procédé de fabrication, et qu'ils soient étanches.De même certains composants doivent pouvoir être remplacés facilement, ou peuvent chauffer (transistor et résistances de Puissance, etc...) et ne doivent donc pas are enrobes. Das ces s, or aura prévu à la mise en place des composants des plots métalliques, d'étain par exemple, qui pourront facilement recevoir des connexions sou dées de Façon classique, Si l'on tient à ce que ces composants soient solidaires du module. On peut aussi enficher des composants mécaniques ou risquant des pannes sur des supports spécialement adaptés.A ce titre, on doit signaler le développement des corman- des par touches digitales à effleurement, procédé qui s'adapte particulièrement bien au-procédé de fabrication décrit, puisqu'il supprime tout organe mécanique. Ainsi, de très nombreuxïappareils de grande diffusion, tels que récepteurs radio, électrophones, calculatrices électroniques, etc... peuvent être entièrement commandés par touches à effleurement.Les touches elles-mmes peuvent être imprimées sur le module à l'aide de la mEme encre conductrice et l'on réalise ainsi en une seule opération industrielle un appareil complet qui se passe de coffret de présentation et de protection, puisque le bloc de résine lui-même assure cette fonction. Dans le cas d'un récepteur radio par exemple, il suffit de prévoir deux réservations, venant de moulage, l'une pour le haut-parleur, l'autre pour la ou les piles. Une calculatrice électronique fonctionnant sur accumulateur est encore plus simple à réaliser : aucune pièce n'est rapportée au bloc de résine. On peut exploiter aussi, pour la commande des appareils, les propriétés des interrup teurs à lames souples,qui sont fermés ou ouverts par un simple aimant. La réalisation obtenue est souvent très esthétique, si l'on utilise soit une résine transparente laissant voir les composants en général très colorés, soit une résine opaque, noire mate par exemple, permettant de construire un appareil d'aspect plus classique. Si la réalisation comporte une partie mécanique importante (magnétophone par exemple), le bloc électronique lui-même peut constituer tout ou partie du coffret de 11 appareil, et est moulé en-forme dans ce but. Ceci ne peut être que favorable à la minia turisation, et simplifie considérablement les opérations de cabla- ge, de montage et d'assemblage, d'autan: nue l'on peut usiner, tarauder ou façonner à sa guise le bloc réalisé, si l'on respecte bien entendu l'intérrrité des composants enrobés. ocres les exemples d'application ci-dessus, on ra pas parlé des possibilités de miniaturisation de la partie électronique e le-mEme. Mais un développementb original du procédé est la possiilité de cabler en quelque sorte "dans l'espace". En effet, il est possible, au terme de la quatrième étape, de réaliser un nouveau module par dessus le premier, en utilisant la surface cablée précédemment comme fond de moule, et en prévoyant les interconnexions entre les modules superposés. On peut ainsi obtenir un bloc coirroortant plusieurs couches de composants, et par suite, une miviaturisation poussée.Ce bloc peut d'ailleurs être d'une très grande solidité mécanique: il suffit pour cela d'armer la résine utilisée de fibres de verre qui ne changent en rien l'isolement électrique ; on obtient alors un bloc de plastique armé, matériau dont on connatt les qualités mécaniques. Cette possibilité, associée à la miniaturisation rendue possible par le cablage sur plusieurs couches, peut avoir des applications scientifiques ou industrielles intéressantes (sondes spatiales, automatismes de machine-outils, instruments scientifiques etc...). pans le cas où le circuit électrique lui-même est très complexe, malgré le nombre relativement peu élevé des composants (cas des modules comportant des circuits intégrées), on peut prévoir un cablage imprimé à l'encre conductrice sur les deux faces du bloc de résine. Les connexions sont alors dirigées vers les faces cablées. Les composants peuvent mEme avoir des connexions doubles, dans le cas d'une adaptation spéciale au procédé de Ba- brication. Si les connexions sont de simples plots, comme il a été dit plus haut, ces plots sont disposés sur les deux faces d'un composant qui a lui-même l'épaisseur standard requise.Le cablage étant imprimé sur deux faces du bloc, on obtient l'équivalent d'un 11circuit'imprimé1 double face classique, mais sous une forme beau- ^1r plus pratioue, car l'interconnexion des modules peut se faire par simple empilement, si l'on a pris soin de prévoir des plots d'interconnexion adaptés. On a alors une réalisation très miniatu- risée, tout en gardant la possibilité de remplacer-un module défaillant.Par ailleurs, si des connexions doivent se faire entre des modules non adjacents ou avec des appareils extérieurs, on pourra recourir à la technique des circuits imprimés souples déjà évoquée, qui s'adapte -particulièrement bien ici, car le circuit souple -peut être connecté par simple application sur le module, les pistes cuivrées venant au contact des plots de sortie correspondants; on utilisera au besoin la même résine conductrice qui sert au cablage imprimé pour assurer un parafait contact entre les pistes cuivrées du circuit imprime souple et les plots cle-connex- ion du module. Polar simplifier encore la fixation, le circuit souple peut ê tre par exemple partiellement autocollant. On~soit quelle simplification cette technique peut apporter dans certains cas au cablage d'appareils très complexes. Le procédé de fabrication décrit ci-dessus peut donc être appliqué à tous les appareils électroniques comportant peu de composants mécaniques, interchangeables ou réglables, et en particulier toutes les fois que l'on désire une réalisation parfaitement protégée et isolée. il se prote particulièrement à la construction dtappareils complexes sous forme de modules Une application intéressante est la possibilité de réaliser en une seule opération industrielle simple, pratiquement sans intervention manuelle, et donc en grande série à des prix très bas, des appareils de grande diffusion tels que récepteurs radio et calculatrices électroniques de poche. Revendications 1. Procédé de montage et de cablage des appareils électroni nÉtios caract?risé par le fait que tout ou partie du cablage élec trique est réalise par impression dal circuit à l'aide -d'une encre conductrice sur la surface d'lm matériau isolant où affleurent des plots métalliques correspondant atix connexions des composants utilisés 2. Procédé de montage et de cablage des appareils électroni oueds caractérisé par le fait que tout ou partie du cablage électrique est réalisé par application d'un circuit imprimé souple autocollant sur la surface d'un matériau isolant où affleurent des plots métalliques correspondant aux connexions des composants utilisés. 3. Procédé de fabrication des appareils électroniques suivant les revendications nol et 2, caractérisé par le fait crue le matériau isolant est un bloc de résine polyester pour inclusion, de résine époxy, de cire o1v de tout autre matériau pouvant assurer l enrobage à froid des omposants, leur protection, et éventuelle- ment la présentation de appareil réalisé. 4. Procédé de montage et de cablage des appareils électroni crues caractérisé par le fait que le matériau isolant est une plaque de bakélite, verre-époxy ou autre, percée pour recevoir les connexions des composants utilisés qui sont collés ou fixés méca- niquement de façon quelconque sur une de ses faces. 5. Procédé de fabrication des appareils électroniques suivant les revendications n03 et 4, caractérisé par le fait que le cablage une fois imprimé est protégé mécaniquement et isolé électriquement par application d'un film plastique adhésif sur la surface imprimée. 6. Procédé de fabrication des appareils électroniques suivant la revendication n0, caractérisé par le fait que le cablage une fois imprimé est protégé mécaniquement et isolé électriquement par application d'une nouvelle couche du matériau d'enrobage. 7. Procédé de fabrication des appareils électroniques suivant la revendication n 3, caractérisé par le fait que le cablage est imprimé sur deux ou même plusieurs faces d'un bloc de résine enrobant les composants dont les connexions sont disposées de fa çon adéquate. 8. Procédé de fabrication des appareils électroniques suivant la revendication n03, caractérisé par le fait cue la ou les sur- faces isolantes comportent des plots étamés pouvant recevoir des composants non enrobables soudés classiquement. 9. Procédé de fabrication des appareils électroniques suivant la revendication n03 caractérisé par le fait ce le bloc de résine réalisé constitue lui-même tout ou partie du coffret de protec tison et de présentation ou de la platine de l'appareil réalisé. 10. Procédé de fabrication des appareils électroniques suivant la revendication n09, caractérisé par le fait que une ou Plusieurs des faces du bloc considéré est imprimée a l'aide d'encre conductrice de contacts pouvant servir de touches digitales pour la commande sans organe mécanique des différentes fonctions de l'appareil réalisé. 11. Procédé de fabrication des appareils électroniques suivant la revendication n 7, caractérisé par le fait que le bloc. réalisé constitue un module sous-ensemble d'un appareil plus complexe, qui peut être associé à d'autres modules par simple empilement ou emboîtement, l'interconnexion entre les modules se faisant par 1' intermédiaire de contacts spécialement adaptés. 12. Composants électroniques destinés au Procédé de pahrice- tion de la revendication n0, caractérisé par le fait qu'ils sent susceptibles de prendre une position stable, sim Plument posés sur un support plan qu'ils comportent des connexions doubles, accessibles sur le dessus et le dessous du composant lorsque celui-ci est dans sa position stable, les connexions pouvant être réduites à de simples plots à la surface du composant qu'ils sont tous d'épaisseur standard, la mesure de l'épais- seur étant faite entre connexions homologues caractéristiques qui, prises ensemble, facilitent la réalisation d'un module d'épaisseur correspondant au standard et dans lequel les plots de connexion affleurent naturellement.