Brevet FR2480554A1 — publié le 19811016

La présente invention concerne un nouveau procédé de fabrication de circuits imprimés devant recevoir des composants électriques ou électroniques et elle s'étend aux plaquettes à circuits imprimés obtenues par ce procédé. Dans les plaquettes a circuits imprimés utilisées dans l'industrie électronique, il n'est pas possible de faire se croiser les fils des circuits imprimés car cela provoquerait évidemment des courts-circuts. Pour pallier cet inconvénient, on utilise des plaquettes à couches multiples qui présentent des circuits imprimés sur leurs deux côtés et des trous dont la paroi est rendue conductrice en la métallisant, ce qui est obtenu par des procédés de revêtement électrolytique ou de dépôt sous vide relativement difficiles à mettre en oeuvre. Les parties conductrices de ces plaquettes a circuits imprimés doivent ensuite être reliées aux composants par des soudures et il en est de même des parois métallisées des trous dans lesquels on insère des conducteurs qui doivent être soudés. L'exécution de soudures nécessite la mise en oeuvre d'un traitement thermique qu'il est souvent très difficile de mettre en oeuvre sans détruire les composants ou endommager les parties métallisées de la paroi des trous permettant les jonctions électriques entre les plaquettes. La présente invention crée un nouveau procédé qui permet de remédier aux inconvénients ci dessus tout en réduisant de façon très importante le prix de revient des plaquettes des circuits imprimés. Suivant l'invention, il n'est plus nécessaire de procéder a des soudures pour relier électriquement les composants électriques ou électroniques aux plaquettes à circuits imprimés. De plus, ces plaquettes n'ont plus besoin de présenter des trous dont les parois sont métallisées par des procédés complexes et il est possible d'utiliser pour la réalisation de l'âme des plaquettes des matières plastiques peu onéreuses puisqu'elles n'ont plus a subir les chocs thermiques résultant de l'exécution de soudures, Conformément a l'i,nyention, le procédé pour la fabrication de circuits imprimés deyant recevoir des composants électriques ou électroniques est caractérisé en ce qu'on poinçonne des trous dans une plaquette en matière isolante constituant une âme, en ce qu'on recouvre au moins partiellement cette âme d'une feuille métallique qui y est rendue adhérente, en ce qu'on poinçonne la feuille métallique dans au moins certains des trous de la plaquette pour y former des collets et en ce qu'on introduit dans ces trous une matière conductrice de l'électricité, Suivant une disposition avantageuse de l'invention, le procédé pour la fabrication de circuits imprimés devant recevoir des composants électriques ou électroniques est caractérisé en ce qu'on poinçonne des trous dans une plaquette en matière isolante formant une âme, en ce qu'on recouvre ladite âme sur ses deux faces d'une feuille métallique qui est rendue adhérente a l'âme, en ce qu'on procède a la gravure du circuit imprimé sur chacune des deux feuilles de métal, en ce qu'on poinçonne les parties restantes des feuilles au niveau des trous de l'âme pour former des collets contre les parois de ces trous et en ce qu'on remplit les trous d'une matière conductrice, Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 est une coupe schématique de l'âme d'une plaquette à circuit imprimé après la mise en oeuvre d'une première opération du procédé de l'invention. La fig. 2 est une coupe correspondant a la fig. 1 après exécution d'une seconde opération du procédé. ta fig, 3 est un plan, vu de dessus, illustrant une troisième opération du procédé, La fig. 4 est une coupe analogue aux fig. 1 et 2 il. lustrant une quatrième opération du procédé, La fig. 5 est une coupe, analogue a la fig. 4, illustrant une cinquième opération du procédé Dans le procédé de l'invention, on utilise une âme 1 en une matière isolante, par exemple une matière plastique qui peut être choisie parmi les matières bon marché telles que les résines phénoliquea, L'âme 1 est percée de trous 2 par une opération de PoinÇonnage ou par un autre moyen et ensuite cette âme est recouverte sur chacun de ses deux côtés d'une mince feuille 3 respectivement 4 d'un métal conducteur, notamment de cuivre, qui est rendu adhérente par tous moyens appropriés, notamment par collage, Une troisième opération de procédé consiste a déposer sur les deux feuilles 3 et 4 -une encre de protection résistant aux acides, cette impression se faisant conformément au tracé des conducteurs a réaliser, La plaquette est ensuite trempée dans un bain d'acide pour que les parties métalliques non recouvertes d'encre de protection soient dissoutes puis la plaquette est lavée, séchée et enfin l'encre de protection est retirée par un moyen habituel bien connu dans la technique de la gravure. On obtient ainsi un tracé comme celui représenté a la fig. 3, Une opération suivante du procédé illustré à la fig 4 consiste a poinçonner les parties résistantes des feuilles 3, 4 dans les trous 2 afin de former contra la paroi deces trous des collets conducteurs 5.Suivant le diamètre des trous 2 et l'épaisseur de l'âme I, les collets 5 peuvent ou non se rejoindrez Une cinquième opération de procédé consiste a remplir les trous 2 d'une matière conductrice électriquement, par exemple d'un élastomère rendu électriquement conducteur ou d'une matière plastique conductrice, a matiere 6 rem- plissant les trous 2 peut être déposée par tous moyens apv propriés par exemple simplement a la spatule ou par un proe cédé d'amenage automatique dans le cas de fabrications importantes, La matière 6 permet d'obtenir de façon certaine que les parties des deux ,feuilles 3, 4 qui ont été conservées après l'operation de gravure sont correctement en contact électrique. La matière 6 rerplxssant les~ trous 2 est ensuite durcie au--moins partiellement et les conducteurs de composants electroniques: ou électriques tels que le compo- sant 7 sont engagés dans la matière 6 correspondant à -la partie du circuit imprimé auquel ce composant doit être relié électriquement. L'introduction des conducteurs des composants peut être effectuée après le durcissement total ou partiel de la matière conductrice, Dans le cas d'une matière élastique, par exemple un élastomère conducteur, la mise en place du composant est effectuée après durcissement complet car les propriétés de l'élastomère assurent une très bonne retenue mécanique des conducteurs des composants, Dans le cas de matières qui durcissent insqu'à devenir rigides, la mise en place des composants est fate avantageusement lorsque la matière conductrice n'est que partiellement durcie, l'adhé- rence de la matière plastique aux conducteurs du composant assurant la retenue mécanique. Lorsqu'un circuit imprimé doit comporter plusieurs plaquettes, la liaison électrique entre les différentes couches des plaquettes successives-est assurée de la même façon par la matière conductrice 6 remplissant les trous 2. La matière conductrice utilisée pour remplir les trous doit présenter des caractéristiques mécaniques et électriques qui permettent d'obtenir une faible résistance de contact lorsque les conducteurs du composant électronique, tels que ceux d'un circuit intégré, y sont introduits. La matière 6 doit être choisie ou traitée pour qu'elle présente par elle-même de bonnes qualités d'adhésivite afin qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser une couche d'accrochage primaire sur le métal se trouvant a l'intérieur des trous 2. En effet, l'utilisation d'une couche d'accrochage primaire conduirait a une opération supplémentaire de fabrication et pourrait réduire la conduction électrique entre la matière 6 et le métal des trous e Lorsque la matière 6 est constituée par un élastomère rendu conducteur ou par une matière plastique rendue conductrice, cela est réalisé le plus souvent par incorporation de particules métalliques conductrices, dans un liant,c'est-à-dire l'élasto-. mère ou la matière plastique. Suivant l'invention, il est avantageux de mouiller les particules métalliques deyant être incorporées dans le liant à l'aide d'un solvant de ce liant puis d'effectuer le mélange avec le liant et de soumettre la suspension réalisée à une pression faisant que les particules métalliques sont amenées en contact les unes avec les autres en même temps que le liant qui les entoure est au moins en partie dissous par le solvant. On doit choisir la viscosité du liant pour que les particules mouillées de solvant qu'il contient ne tendent pas à décanter préalablement au durcissement du liant. Par ailleurs, il a été trouvé avantageux d'utiliser des particules conductrices présentant une forme et une granulométrie irrégulières par exemple une forme en éponge car de telles particules sont davantage compressibles que des particules sphériques. Des particules en forme de copeaux ou flocons peuvent être également utilisées de façon avantageuse dans des matières plastiques rigides. Pour constituer les particules, différents métaux peuvent être utilisés par exemple des métaux précieux ou des métaux comme le cuivre revêtu de métaux précieux, par exemple d'argent ou même encore de particules non conductrices métallisées à leur surface. Comme déjà expliqué dans ce qui précède, le liant pour réaliser la matière 6 peut être un silicone, une résine polyuréthane ou une résine époxy. D'autres résines peuvent évidemment être également utilisées. On indique ci-après un exemple de réalisation d'une plaquette pour circuits électriques et plusieurs exemples de fabrication du produit 6 remplissant les trous de la plaquette. Une âme 10 en résine phénolique de 0,8 mm d'év paisseur est percée de trous de 0,8 mm de diamètre. Une feuille de cuivre de 70 microns d'épaisseur est ensuite rendue adhérente aux deux surfaces de l'âme en utilisant un produit adhésif compatible avec le cuivre et l'âme 1. L'adhésif est placé de préférence sur toute la surface de la feuille de cuivre. Immédiatement après la mise en place de la feuille de cuivre, cette feuille est poinçonnée et les collets cambrés et appliqués contre la paroi des trous 2 de façon que lors du durcissement de l'adhésif les collets 5 adhèrent à la paroi des trous. Après durcissement de l'adhésif, les trous sont remplis de la matière 6 conductrice de l'électricité. La matière conductrice utilisée fut de deux types, à savoir 10) une matière conductrice dans toute sa masse sous l'effet d'une légère pression appliquée en des points largement séparés les uns des autres, cette matière étant dénommée "matière A"; 20) une matière devenant conductrice seulement lorsque toute la masse de l'élastomère qui forme sa matrice est comprimée entre deux points, cette matière étant dénommée "matière B". La matière A est constituée par une poudre de particules de cuivre plaquées d'argent dont la granulométrie est comprise entre 40 et 150 microns. Cette poudre métallique est mélangée à un liant constitué par un silicone tixotropique durcissant à la température ambiante et qui est non corrosif (du type alcoxy). Préalablement au mélange de la poudre dans le silicone formant le liant, la poudre est saturée d'un solvant du silicone, par exemple elle est saturée de trichloréthylène. On utilise 3 parties en volume de poudre pour 2 parties en volume de silicone, Le produit ainsi obtenu adhère aux collets 5 en cuivre sans l'aide d'aucune couche primaire. Cette matière est conductrice dans toute sa masse sous l'action de pressions exercées sur de très petites surfaces. La matière B est obtenue a partir de la même poudre métallique que décrite cindessua pour la poudre A, zais, seulement 2,25 parties en volume de poudre sont utilisées avec 2 parties en volume de silicone et le-mélange#est effectué sans mouiller préalablement la poudre métallique, Ainsi, la matière ne devient conductrice que lorsqu'elle est légèrement comprimée dans toute sa masse, Une excellente liaison électrique fut obtenue en introduisant à force le conducteur d'un composant 7 comme illustré à la fig, 5 en constituant la matière 6 à partir de 2 parties en volume d'une poudre de cuivre étamée dont les particules étaient comprises entre 40 et 150 microns dans une partie en volume du silicone des exemples ci-dessus, la poudre métallique ayant été méiangée au silicone après avoir été saturée de solvant. Des essais ont montré que la résistance de contact des produits 6 obtenus comme expliqué dans ce qui précède était comprise entre 10 et 50 milliohms. Dans une variante de réalisation du procédé de l'invention, on recouvre comme précédemment 1'3me 1 des feuilles minces 3 et 4 en métal conducteur et on procède direz tement au poinçonnage décrit en référence à la fig, 4, puis au remplissage des trous 2 à l'aide du produit 6, C'est en dernier lieu qu'on procède à la gravure du circuit imprimé mé qui faisait l'objet de la troisième opération décrite dans le premier mode de réalisation, Dans ce qui précède, il est indiqué que la gravure est une gravure à l'acide mais il est évident que d'autres procédé dés peuvent être utilisés. De même, les feuilles conductrices 3 et 4 peuvent, dans certains cas, ne recouvrir que partiellement l'âme 1. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation, représentés et décrits en détail, car diverses modifie cations peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REyENDIcATIoNs 1 - Procédé pour la fabrication de circuits imprimés devant recevoir des: .composants électriques ou électroniques, caractérisé en ce qu'on poinçonne des trous dans une plaquette en matière isolante constituant Ene âme, en ce qu'on recouvre au moins partiellement cette âme d'une feuille me tallique qui y est rendue adhérente, en ce qu'on poinçonne la feuille métallique dans au moins certains des trous de la plaquette pour y former des collets et en ce qu'on introduit dans ces.trous une matière conductrice de l'électricité. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède a la gravure d'un circuit imprimé sur la feuille de métal avant de poinçonner les parties de ce circuit au niveau des trous de l'âme pour former les collets avec lesquels la matière conductrice est amenée en contact. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on procède au poinçonnage de la feuille en métal et au remplissage des trous de l'âme avec la matiere conductrice avant d'exécuter la gravure, 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la feuille conductrice s'étend sur une partie au moins de la surface des deux faces de l'âme. 5 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on choisit la matière conductrice remplissant les trous parmi les matières conductrices durcissables et présentant pendant et/ou après leur durcissement des caractéristiques élastiques et en ce quton introduit dans cette matière les conducteurs des composants électriques ou électroniques 6 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que plusieurs plaquettes sont reliées électriquement les unes aux autres par des conducteurs introduits dans la matière conductrice remplissant certains des trous qu'elle présente 7 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la gravure des circuits imprimés est réalisée par dépôt d'une encre de protection puis trempage dans un bain acide. 8 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la matière conductrice est une matière présentant des propriétés d'adhésivité notamment des résines silicones, polyuréthanés ou autres élastomères ou encore des résines époxy. 9 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la matière remplissant les trous est rendue conductrice par addition de particules métalliques de forme irrégulière mouillées par un solvant du liant qui doit les contenir. 10 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 9, dans lequel les feuilles de métal conducteur sont recouvertes sur toute leur surface d'un produit adhésif assurant l'adhérence des collets lors de leur poinçonnage dans les trous de la matrice. 11 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la matière remplissant les trous comporte un liant adhérant directement au métal formant le circuit imprimé. 12 - Circuit imprimé à plaques souples ou multiples obtenu conformément au procédé de l'une des revendications 1 à 11.