Brevet FR2461587A1 — publié le 19810206

Cette invention concerne des procédés de fabrication de stratifiés à tolérances serrées pouvant être utilisés pour la production de circuits imprimés à couches multiples. Pour préparer des stratifiés destinés à être utilisés dans des circuits imprimés, on sature des feuilles de fibres, par exemple mat, de tissu, de papier de verre, et de papier de cellulose, de mat d'amiante, etc., à l'aide d'une résine thermodurcissable, par exemple d'une résine phénolique, époxy, polyester, etc., puis on les chauffe pour durcir par- tiellement la résine pour atteindre un état appelé "état-B". On coupe ces feuilles, on les empile, et on comprime les piles et on les chauffe pour durcir complètement la résine et obtenir une structure en forme de plaquette renforcée par les feuilles. Les exigences électriques des circuits imprimés font qu'il est nécessaire de maintenir les tolérances dimensionnel- les, et en particulier l'épaisseur dans les limites prescri- tes. Les plaquettes de circuit à couches multiples qui compren- nent plusieurs couches minces, liées les unes aux autres pour former une structure unitaire, nécessitent en particulier des tolérances très serrées entre les couches pour maintenir des propriétés électriques uniformes. Les procédés de pressage classiques produisent des stratifiés qui présentent une forme elliptique. Les tolérances classiques obtenues par les procédés classiques conduisent à des variations d'épaisseur de 10 à 20 %. On a traditionnelle- ment produit des stratifiés à tolérances serrées au prix d'un gaspillage qui consistait à enlever la partie centrale du stratifié et à jeter le reste. On a maintenant mis au point un procédé pour la prépa- ration de stratifiés à tolérances serrées par application d'un gradient de pression aux piles de feuilles saturées de résine à l'état B pendant la consolidation. Par exemple, conformément à cette invention, pour des épaisseurs comprises entre 0,0584 et 1,016 mm, on obtient une variation moyenne maximum entre le centre et le bord de + 0,0038 mm pour les stratifiés min- ces (0,127 - 0,381 mm) et de + 0,0216 mm pour les stratifiés plus épais (0,787 - 1,016 mm). Le procédé repose sur l'utili- sation de patins profilés permettant l'établissement du gradient de pression. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: - figure 1, un schéma en élévation, en coupe par- tielle, illustrant un procédé consistant à empiler des feuil- les en piles ouvertes, et à les placer dans une presse pour les consolider sous l'action de la chaleur et de la pression conformément à cette invention; figure 2, une vue de dessus d'un patin profilé conforme à la présente invention; - figure 3, une vue en coupe de côté d'un patin profilé destiné à être utilisé à l'extrémité de la pile, faite suivant la ligne 3- 3 de la figure 2; et - figure 4, une vue en coupe de côté d'un patin pro- filé destiné à être utilisé entre deux piles conformément à cette invention. Conformément à cette invention, on met au point un procédé de fabrication de stratifiés à tolérances serrées com- prenant les étapes de mise en place dans des plans horizontaux dans une pile ouverte, de plusieurs groupes de feuilles fibreu- ses saturées de résine époxy à l'état-B, chaque groupe étant séparé du groupe adjacent par un séparateur plan non compres- sible, de mise en place au sommet et au bas de chaque pile d'un patin profilé non compressible, dont le côté faisant face à la pile permet d'établir un gradient de pression horizontal allant d'une pression plus élevée au centre à une pression moins élevée sur les bords, lorsque la pile est comprimée, puis de compression de la pile ouverte et d'application de chaleur pour former un stratifié unitaire à tolérances serrées à par- tir de chacun des groupes de feuilles fibreuses saturées de résine. Si on se reporte à la figure 1, on a représenté l'en- semble 2 pour le pressage de dix stratifiés. Il comprend des plateaux de presse supérieur et inférieur 4 et 6, des sépara- teurs supérieur et inférieur constitués par une feuille unique de papier kraft 8 et 10, des patins profilés supérieur et in- férieur 12 et 14, des séparateurs supérieur et inférieur fi- breux constitués par plusieurs feuilles de papier kraft 16 et 18, un patin profilé central 20, et des séparateurs supérieur et inférieur fibreux constitués par plusieurs feuilles de papier kraft 22 et 24. On a également représenté 10 groupes de feuilles de fibres de verre tissées saturées de résine époxy à l'état-B 26, séparés par des séparateurs non compressibles constitués par des feuilles d'acier inoxydable 28. La figure 2 illustre d'une manière plus détaillée la confection des patins profilés 12, 14 et 20. Bien que les dimensions données ne soient que des exemples et qu'elles ne soient pas limitatives, pour fabriquer un patin profilé d'extrémité 12, on peut couper cinq feuilles de papier kraft de 0, 279 mm d'épaisseur aux dimensions respectives suivantes, papier 28, 96, 5 cm x 180, 5 cm; papier 30, 86, 36 cm x 176, 53 cm papier 32, 78, 74 cm x 152,4 cm; papier 34, 56, 52 cm x 119,38 cm; et papier 36, 31, 75 cm x 85, 73 cm. On place les feuilles de papier concentriquement les unes sur les autres et on fixe chaque feuille à la feuille inférieure au moyen d'un adhésif approprié pour produire les patins profilés 12 et 14 -(voir la figure 3). La confection du patin profilé central 20 est identique à la procédure décrite ci-dessus, sauf que l'on applique au moyen d'adhésif 4 feuilles de papier kraft de 0,279 mm d'épaisseur, coupées aux dimensions appro- priées de l'autre côté d'un patin d'extrémité (voir la figure 4). On protège, de préférence, contre l'endommagement les ensembles 12, 14 et 20, par encapsulation dans une enveloppe faite d'une feuille métallique par exemple, de cuivre de 56,7 g. On coupe deux feuilles de cuivre de 43,18 cm x 101,6 cm et on les place de chaque côté du patin en les fixant à l'aide d'un adhésif approprié. On a représenté l'enveloppe en 38 sur les figures 3 et 4. Les exemples suivants illustrent l'invention mais ne la limitent pas. Exemple 1 On prépare des stratifiés à tolérances serrées dans une presse de production, comme on l'a représenté généralement sur la figure 1. Les préimprégnés utilisés étaient constitués par deux épaisseurs à l'état-B, de tissu de verre traité par un silane, de marque 1080 (Clark-Schwebel Fiber Glass Corpo- ration) présentant une teneur moyenne en résine de 53 % (époxy bromée, durcie au dicyandiamide-benzyldiméthylamine), et une fluidité moyenne de résine de 12 % (mesurée à 170'C, 26,71 kg/cm2). On applique une pression de 70,3 kg/cm2 à une température de 1750C pendant 50 minutes. L'épaisseur obtenue pour les stratifiés se trouvant à l'extérieur de l'ouverture de la presse varie au maximum, du centre au bord, de + 0, 00127 mm, et les plaquettes se trouvant au centre de l'ouverture de la presse présentent une variation maximum d'épaisseur de + 0,00191 mm. Par opposition, dans des conditions classiques, dans une presse de production contenant neuf plaquettes par ouverture de presse et un total de quatorze ouvertures, on observe pour des stratifiés de 0,127 mm, une variation moyenne d'épaisseur du centre au bord de + 0,0032 mm pour les plaquettes se trouvant à l'extérieur de l'ouverture de la presse, et une variation moyenne d'épaisseur de +0,0173 mm pour les plaquettes se trouvant au centre de l'ou- verture de la presse. Exemple 2. On répète le procédé de l'exemple 1 en utilisant des préformes saturées avec un système de résines à haute perfor- mance à l'état-B constitué de résine époxy bromée (80 %) et de résine époxy tétrafonctionnelle (20 %) durcies par un sys- tème à base de dicyandiamide. Comme dans l'exemple 1, le pressage à tolérances serrées réduit radicalement la variation d'épaisseur du centre au bord. Par exemple, pour un stratifié interne vers le bas suivant la longueur à partir du centre, on observe, lors d'un pressage classique des épaisseurs de 0,1295 mm, 0,1397 mm, 0,1397 mm, 014326 mm, 0,1321 mm, 0, 1219 mm et 0,11074 mm. Lors d'un pressage à tolérances serrées conformément à cette invention, on observe des épais- seurs de 0,1295 mm, 0,1295 mm, 0,1295 mm, 0,130175 mm, 0,130175 mm et 0,130175 mm. Non seulement, ce qui précède met en évidence une diminution importante des variations du centre au bord mais ce qui suit montre une diminution radicale de toutes les va- riations de dimensions observées dans des stratifiés préparés selon le procédé à tolérances serrées de cette invention. On a reporté dans le tableau I la stabilité dimensionnelle X-Y- courante de stratifiés préparés conformément aux exemples 1 et 2. T A B L E A U I Stabilité dimensionnelle de stratifiés mesurée selon la direction X-Y, pressage à tolérances serrées en fonction de pressage classique 1A Exemplea Variation après attaque mm/mmb Variation après chauffage au fourc mm/mm Variation après cycle mm/mmd direction longitudinale transversale longitudinale transversale longitudinale transversale centre bord centre bord centre bord centre bord + 1 + 16 - 29 - 32 - 15 - 4 - 19 - 17 + 37 + 38 + 4 - 21 + 5 + 8 - 7 + 14 - 19 + 28 + 2 + 19 - 40 - 47 - 32 - 65 - 17 - 7 - 5 - 10 - 27 - 5 - 32 + 5 Ln - 33 - 10 - 65 - 59 - 45' - 40 - 57 - + 2 - 1 - 75 - 94 - 40 - 46 - 45 - 36 a Exemple 1: Exemple lA Exemple 2: Exemple 2A: préimprégné époxy classique - pressage à tolérances serrées. témoin, préforme époxy classique - pressage classique. préimprégné époxy à hautes performances - pressage à tolérances serrées. témoin, préforme époxy à haute performances - pressage classique. b Variation après enlèvement du cuivre suivi d'un maintien de 24 heures dans une humidité relative de 50 %. c Variation après 48 heures à 125 C et 24 heures dans une humidité relative de 50 %. d Variation apres cycle. 2A re CY% -M tn Co -.4 Dans le cas de systèmes de résines à hautes perfor- mances, la diminution des variations, du centre au bord est plus nette, mais on ne constate pas de variation importante de la stabilité dimensionnelle globale. On voit que le procédé décrit ci-dessus est intéressant dans la mesure o il permet un réglage très juste de l'épais- seur finale. R E V E M D I C A T I O N S 1, Procédé de fabrication de stratifiés à tolérances serrées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de mise en place dans des plans horizontaux dans une pile ouverte de plusieurs groupes de feuilles fibreuses saturées de résine époxy à l'état-B (26), chaque groupe étant séparé du groupe adjacent par un séparateur plan non compressible (28), de mise en place, au sommet et au bas de chaque pile d'un patin profilé non compressible (12, 14), dont le côté faisant face à la pile permet d'établir un gradient de pression horizontal allant d'une pression plus élevée au centre à une pression moins élevée sur les bords, lorsque la pile est comprimée, puis de compression de la pile ouverte et d'application de chaleur pour former un stratifié unitaire à tolérances serrées à par- tir de chacun des groupes de feuilles fibreuses saturées de résine. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise plusieurs piles ouvertes et que l'on place entre les piles adjacentes un patin profilé sur deux côtés (20), dont chacun des côtés faisant face à une pile permet d'établir un gradient de pression allant d'une pression plus élevée au centre à une pression moins élevée sur les bords. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les feuilles fibreuses sont des feuilles de fibres de verre tissées. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des séparateurs plans non compressibles est consti- tué par une plaque de métal. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque patin profilé se compose d'une pile de feuilles placées concentriquement, la longueur et la largeur de chacune des feuilles diminuant progressivement par rapport à celles de la feuille précédente lorsqu'on regarde la pile de face. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le patin profilé se compose de feuilles de papier. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que-le patin profilé est placé à l'intérieur d'un élément pro- tecteur constitué par une enveloppe faite d'une feuille métal- lique. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des patins profilés est séparé du sommet et du bas des piles par plusieurs feuilles fibreuses. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on comprime et que l'on applique la chaleur à la pile ouverte au moyen de plateaux de presse (4, 6) agissant sur les patins d'extrémités supérieur et inférieur. r