Brevet FR2485865A1 — publié le 19811231

:1 La présente invention concerne un stratifié pour pla- quette de circuits imprimés à couches multiples qui comprend une ou plusieurs feuilles métalliques stabilisatrices desti- nées à diminuer le coefficient de dilatation thermique du stratifié. On a, de plus, découvert un nouveau procédé de fa- brication en deux étapes qui permet d'aménager des ouvertures dans la couche de métal stabilisatrice et évite à l'air d'être piégé dans ces ouvertures lorsqu'elles sont remplies de résine époxy. Dans l'art antérieur, on a utilisé des stratifiés pour plaquettes de circuits imprimés pour monter et relier commodé- ment et à peu de frais des composants électriques discrets. On équipe plus particulièrement des plaquettes de circuits imprimés formées d'un substrat diélectrique de pistes métalli- ques conductrices qui établissent des connexions électriques entre des composants discrets montés sur ce substrat. On peut souder les conducteurs métalliques des composants aux pistes conductrices pour parfaire les connexions électriques. Le substrat diélectrique utilisé, pour former la pla- quette de circuit imprimé est généralement fait d'un tissu de fibres de verre que l'on a imprégné avec une composition de résine et par exemple de résine époxy ou de polyimide. Le coefficient de dilatation thermique du substrat diélectrique est nettement supérieur à celui des composants discrets. La différence de coefficients de dilatation thermique n'a pas constitué jusque là un inconvénient majeur puisque la souplesse des conducteurs métalliques des composants discrets compensait la différence de dilatation thermique. Même dans les cas o le montage des circuits est soumis à des variations ou des excur- sions thermiques fréquentes et de grande intensité, le fabri- cant peut compenser la différence de dilatation thermique en concevant un tracé de circuit qui place des boucles de dilata- tion dans les conducteurs des composants pour absorber les di- verses dilatations et retraits des éléments et éviter ainsi les contraintes sur les joints de soudure qui sont la cause princi- pale de rupture du circuit. Depuis peu les fabricants ont conçu des composants dépourvus de fils conducteurs, comme des résistances en pastil- les ou des condensateurs en pastilles. Lorsque les composants en pastilles dépourvus de fils conducteurs, généralement formés d'alumine, sont fixés directement à une plaquette de circuit ou à une couche conductrice d'un stratifié à couches multiples, on a découvert que la différence de coefficients de dilatation ther- mique entre le substrat diélectrique et les composants en pas- tilles d'alumine dépourvus de fils conducteurs entraînait de très nombreuses ruptures de circuit. Le coefficient de dilata- tion thermique d'un substrat diélectrique classique constitué par un stratifié résine époxy-verre est plus particulièrement de l'ordre de 15 à 20.10-6 cm par cm- par degré Celsius. Les composants en pastilles d'alumine présentent au contraire un coefficient de dilatation thermique très inférieur, en général d'environ 6.10-6 cm par cm par degré Celsius. Donc, lorsqu'un stratifié pour plaquette de circuit portant des composants dépourvus de fils conducteurs est soumis à des excursions ther- miques importantes, les joints de soudure entre les composants et le strafifié cèdent fréquemment puisque la souplesse permet- tant de compenser les différences de dilatation entre les com- posants et le stratifié n'existe plus. Il est donc apparu sou- haitable de réaliser un stratifié pour plaquette de circuit qui présente un coefficient de dilatation thermique plus proche du coefficient de dilatation thermique des composants en pastil- les d'alumine pour éviter la rupture des connexions électriques. De plus, il serait souhaitable de réaliser un stratifié pour plaquette de circuit qui soit encore constitué par des substrats de verre-résine époxy puisque ces substrats présentent des avan- tages économiques considérables et sont relativement faciles à fabriquer. Conformément à ce qui précède, on réalise un nouveau stratifié métallique pour plaquette dé circuit imprimé perfec- tionné qui présente un coefficient de dilatation thermique réduit, tout particulièrement adapté pour être utilisé en liai- son avec des composants dépourvus de fils conducteurs. On décrit plus particulièrement un stratifié pour plaquette de circuit comprenant plusieurs couches planes reliées de manière adhésive en une structure stratifiée par des couches de liaison formées de tissu de verre imprégné de résine époxy. Dans une réalisation recommandée, le stratifié pour plaquette de circuit imprimé de la présente invention comprend une couche métallique plane conductrice supérieure formée d'une feuille de cuivre et d'une couche stabilisatrice formée d'un métal présentant un coefficient de dilatation thermique inférieur au coefficient de dilatation thermique que présenterait la structure strafifiée composite seule. On place une couche pour plaquette de circuit imprimé comme on le fait dans les applications classiques à cou- ches multiples au-dessous de la couche de métal stabilisatrice. On place une couche inférieure au-dessous de la couche pour plaquette de circuit imprimé. Les couches métalliques conduc- trices supérieure et inférieure sont conçues pour recevoir des composants d'alumine dépourvues de fils conducteurs. Des feuil- les de liaison formées de tissu de verre imprégné de résine sont interposées entre les couches. Conformément au procédé de production de la présente invention, on forme une structure composite partielle en assemblant séparément la couche métalli- que conductrice plane supérieure et la couche métallique stabi- lisatrice. On assemble ensuite la structure composite partielle et les couches restantes pour former un stratifié composite complet. Ce procédé de fabrication de stratifié unique en deux étapes assure le remplissage des trous traversants formés dans la couche stabilisatrice avec de la résine ce qui empêche l'air d'y être piégé, comme on le décrira plus complètement ci-après. Le stratifié pour plaquette de circuit imprimé résultant pré- sente un coefficient de dilatation thermique très réduit, ce qui permet d'utiliser le stratifié avec des composants dépour- vus de fils conducteurs. Dans une autre réalisation de la présente invention, la couche stabilisatrice est formée d'un stratifié composite métal- diélectrique lui permettant de présenter un tracé du type non contigu, flottant. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: figure 1, une vue éclatée des composants du stratifié pour plaquette de circuit à couches multiples correspondant à une première réalisation de la présente invention; figure 2, une vue en coupe partielle de la structure stratifiée composite partielle obtenue après la première étape du nouveau procédé de fabrication perfectionné de la présente invention; figure 3, une vue partielle du stratifié pour pla- quette de circuit à couches multiples terminé sur lequel sont montés des composants classiques et des composants dépourvus de fils conducteurs; -. figure 4, une vue éclatée, semblable à celle de la figure 1, représentant une seconde réalisation de la plaquette de circuit à couches multiples de la présente invention, dans laquelle on utilise pour la couche stabilisatrice une structure composite métal-matériau diélectrique lui permettant de présen- ter un tracé non contigu. Si on se réfère à la figure 1, on a représenté une vue éclatée du stratifié pour plaquette de circuit à couches multi- ples de la présente invention désignée globalement par le numéro 10. Le stratifié comprend une couche supérieure 20 de matériau métallique conducteur, formé de préférence d'une feuille de cuivre d'environ 0,051 mm d'épaisseur. - On a placé au-dessous de la couche métallique 20 plusieurs feuilles de liaison 22 formées d'un matériau classique pour pla- quettes à couches multiples comme un tissu de fibres de verre imprégné de résine. Les feuilles de liaison 22 servent d'adhé- sif et de matériau diélectrique isolant électrique entre la couche métallique 20 et la couche de métal stabilisatrice 24 placée au-dessous. Le choix du métal de la couche stabilisatrice 24, qui présente un coefficient de dilatation thermique infé- rieur à celui des couches diélectriques dépend du coefficient de dilatation thermique voulu pour le stratifié composite final. Avant de former le stratifié on profile la couche stabilisatrice 24 et on y pratique de grandes ouvertures 26 pour assurer du jeu pour les dernières étapes du procédé de fabrication lorsqu'on perce les trous de connexion traversants et qu'on les métallise. Dans une réalisation recommandée de la présente invention, on recouvre la couche stabilisatrice 24 de cuivre afin qu'elle puisse servir de plaque de terre ou de plaque de mise sous tension, en plus de sa fonction principale de stabilisation. On peut traiter les surfaces supérieure et inférieure de la couche stabilisatrice 24 avec de l'oxyde de cuivre pour amé- liorer l'adhérence aux feuilles de liaison placées dessus et dessous. On place une plaquette de circuit imprimé classique 28 sous la couche stabilisatrice 24, en interposant une seconde couche de liaison 30. La plaquette de circuit imprimé est d'un modèle classique, à couches multiples et est de préférence for- mée d'un tissu de verre imprégné d'une résine époxy ou de polyi- mide. La plaquette de circuit porte plusieurs pistes électrique- ment conductrices 31 qui relient les composants. Il faut com- prendre que bien que l'on ait représenté une couche pour pla- quette de circuit intérieure 28, l'invention recouvre n'importe quelle structure de stratifié à couches multiples, dans laquelle, par exemple, on aurait réalisé les pistes des circuits en atta- quant les couches métalliques supérieure et/ou inférieure 20 et32, On place une couche métallique conductrice inférieure 32 en interposant une troisième couche de liaison 34 entre la couche conductrice inférieure 32 et la plaquette de circuit imprimé 28. Les deuxième et troisième couches de liaison 30 et 34 semblables aux couches de liaison 22 sont formées de tissu de verre impré- gné de résine époxy. La couche conductrice inférieure 32 sembla- ble à la couche conductrice supérieure 20, est de préférence for- mée d'une feuille de cuivre de 0,051 mm d'épaisseur; On peut prétraiter la surface supérieure de la couche conductrice 20 avec de l'oxyde de cuivre pour améliorer l'adhérence. Les deux couches conductrices supérieure et inférieure 20 et 32 sont adap- tées pour être utilisées en liaison avec les composants d'alu- mine dépourvus de fils conducteurs 34, aussi bien qu'avec les composants classiques 36, comme représenté figure 3. Conformément à la présente invention, on décrit un pro- cédé de fabrication nouveau de la plaquette de circuit à couches multiples de la présente invention. Plus particulièrement il n'est pas possible d'adapter directement les procédés de l'art antérieur pour la fabrication de plaquettes à couches multiples à la présente invention, puisque la présente invention comprend une couche de métal stabilisatrice 24 percée de grandes ouver- tures 26 qui doivent être complètement remplies de résine époxy pendant le procédé de formation du stratifié. De plus, le pro- cédé doit empêcher à de l'air d'être piégé dans les ouvertures. On a donc mis au point un nouveau procédé de fabrication en deux étapes dans lequel on chauffe tout d'abord la couche métal- lique supérieure 20 et la couche de métal stabilisatrice 24 et on les lie pour constituer une structure stratifiée partielle, après quoi on combine les couches restantes et on les chauffe pour produire une structure stratifiée complète. Plus particu- lièrement, on interpose, dans la première étape de formation du stratifié, une ou plusieurs couches de liaison 22 formées de tissus de verre imprégné de résine entre la couche métallique supérieure 20 et la couche de métal stabilisatrice 24. Il faut une quantité relativement importante de résine époxy pour rem- plir complètement toutes les ouvertures de la plaque métalli- que. On forme ensuite une structure stratifiée partielle avec les couches métalliques et stabilisatrices 20, 22 et 24 de manière-à ce que la résine des couches de liaison 22 remplisse les ouvertures 26. Cette étape initiale distincte de formation de stratifié permet à la résine de s'écouler librement dans les ouvertures 26 sans que de l'air risque d'être piégé, comme on l'a représenté figure 2. Dans la seconde étape de formation de la structure stra- tifiée complète, on réunit les couches restantes et la struc- ture stratifiée partielle comme on l'a représenté figure 3. On utilise des procédés classiques pour terminer la fabrication comme le perçage et la métallisation des trous traversants qui facilite la formation des connexions électriques. On peut ensuite attaquer les couches métalliques 20, 22 et y placer des broches pour les composants dépourvus de fils conducteurs conformément au procédé de fabrication classique des plaquettes. de circuit à couches multiples. Les essais du stratifié pour plaquette de circuit à couches multiples de la, présente invention, telle qu'on l'a représentée figures 1-3, comprenant des couches de métal sta- bilisatrices d'épaisseur comprise entre 0,127 et 0,381 mm ont résulté en un coefficient de dilatation thermique moyen d'en- viron 8,9.10 t cm par cm par degré Celsius sur une gamme de -55 à 1250C. Les stratifiés pour plaquettes de circuit à cou- ches multiples sur lesquels on avait monté des supports de pastilles dépourvus de plomb, ont supporté plus de 400 cycles de contraintes thermiques par Mil Std 202 (on a soumis ces cir- cuits montés à des cycles thermiques entre -55 et 1250C) sans qu'ils présentent de rupture dans 2000 points de soudure. Si on se réfère à la figure 4, on a représenté une seconde réalisation de la présente invention, qui de la même manière que pour la première réalisation, comprend plusieurs couches que l'on peut assembler pour former une plaquette de circuit à couches multiples à âme métallique qui présente un coefficient de dilatation thermique réglé. La plaquette de cir- cuit 110 comprend, plus particulièrement des couches supérieure et inférieure 120 et 132, constituées par des feuilles de cui- vre d'environ 0,051 mm d'épaisseur. On peut placer une couche de plaquette de circuit 128, formée d'un substrat diélectrique portant des pistes électriquement conductrices 131. On a inter- posé plusieurs couches de liaison 122, 124 et 134 entre les autres couches, comme diélectriques, et pour fournir la résine époxy nécessaire pour maintenir la structure stratifiée. Dans la seconde réalisation de la présente invention, on décrit une couche stabilisatrice composite 140 qui présente un coefficient de dilatation thermique inférieur. La couche stabilisatrice 140 est plus particulièrement composée d'un subs- trat diélectrique central 142 et de deux couches métalliques extérieures 144 et 146, assemblés pour former une structure composite. La couche de substrat diélectrique 142 peut être faite de tissu de verre imprégné de résine, tandis que les couches métalliques 144 et 146 présentant chacune une épaisseur de l'or- dre de 0,076 à 0,254 mm sont choisies en fonction du coefficient de dilatation voulu pour le stratifié de plaquette de circuit final. La couche stabilisatrice 140 de la seconde réalisation de la présente invention, présente certains avantages par rap- port à une couche stabilisatrice constituée par une âme métal- lique unique. Plus particulièrement et comme on l'a représenté figure 4, la configuration du tracé formé dans l'âme métalli- que 144 ne doit pas nécessairement être contiguë avec la pla- que constituant l'âme puisque l'âme toute entière est suppor- tée par un substrat diélectrique. Autrement dit, la couche stabilisatrice 140 peut présenter sur son âme un tracé "du type flottant" qui peut comprendre, par exemple, des parties 148 qui ne sont pas contiguës avec le reste de l'âme 144.- La couche composite stabilisatrice 140 présente encore l'avantage pendant le procédé de formation du stratifié de permettre un remplissage plus facile des parties ouvertes relativement grandes 150 des couches, avec la résine. Le danger que de l'air soit piégé dans les parties ouvertes 150 est donc nettement réduit, ce qui per- met de former le stratifié en une seule étape. Comme dans la première réalisation de la présente invention, on peut recou- vtir la couche stabilisatrice 140 d'un métal électroconducteur, permettant à la couche de servir de plaque de terre ou de mise sous tension. En résumé, on réalise un nouveau stratifié pour plaquette de circuit à couches multiples perfectionné présentant un coef- ficient de dilatation thermique réduit particulièrement utile en liaison avec des composants dépourvus de fils conducteurs, et on met au point un procédé pour le fabriquer. On décrit plus particulièrement un stratifié pour plaquette de circuit à cou- ches multiples, auquel on a incorporé une ou plusieurs couches de métal stabilisatrices'. Le stratifié de plaquette de circuit comprend des couches inférieure et supérieure pouvant accepter des composants dépourvus de plomb. On place en sandwich entre les couches métalliques une couche de plaquette de circuit imprimé classique et une ou plusieurs couches stabilisatrices formées d'un métal présentant un coefficient de dilatation ther- mique bas. On interpose plusieurs feuilles de liaison, formées de tissu de verre imprégné de résine entre toutes les couches précédentes, comme adhésif. Dans le nouveau procédé de fabrica- tion on forme tout d'abord un stratifié avec la couche métalli- que supérieure et la couche de métal stabilisatrice de manière à ce que la résine des feuilles de liaison puisse s'écouler librement dans les ouvertures -aménagées dans la couche de métal stabilisatrice sans que de l'air risque d'y être piégé. On forme une structure stratifiée partielle puis une structure stratifiée complète en lui adjoignant les couches restantes. On peut ter- miner cette dernière structure conformément aux procédés de fabrication classiques. La présente invention permet de réduire le coefficient de dilatation thermique du stratifié de plaquette de circuit pour qu'on puisse l'utiliser en liaison avec des com- posants d'alumine qui présentent également un coefficient de dilatation thermique bas. De plus, l'utilisation de plaques stabilisatrices métalliques crée d'excellentes conditions de surface pour les stratifiés de plaquettes à couches multiples, et ces plaques peuvent également servir de plaque de terre ou de mise sous tension. REVEND ICAT IONS 1. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métalli- que à couches multiples présentant un coefficient de dilatation thermique réglé et destiné à être utilisé avec des composants dépourvus de fils conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: plusieurs couches planes, en contact de surface à surface, et liées les unes aux autres pour former une structure stratifiée composite, dans laquelle au moins une des couches (28) est for- mée d'un matériau diélectrique, et au moins une autre des cou- ches est une couche stabilisatrice (24) formée d'un métal pré- sentant un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de la couche diélectrique, ce qui permet à la couche stabilisatrice de régler le coefficient de dilatation thermique de la structure stratifiée composite (10). 2. Stratifié pour plaquette de circuit à couches multi- ples, selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche stabilisatrice contient au moins un trou traversant (26). 3. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend encore une couche de liaison (22) placée contre la couche stabilisatrice (24) et constituée par une feuille de tissu de verre imprégné de résine pour faciliter le remplissage du trou traversant dans la couche stabilisatrice pendant la formation du stratifié. 4. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche stabilisatrice (24) contient au moins un trou traversant (26) rempli de résine. 5. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples selon la revendication 1, caractérisé en ce que le trou est bordé d'un matériau électroconducteur. 6. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche stabilisatrice (24) est recouverte de cuivre ce qui lui permet de servir de plaque de mise sous tension. 7. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on a traité les surfaces opposées de la couche stabilisa- trice (24) avec de l'oxyde de cuivre pour améliorer l'adhérence aux couches adjacentes. 8. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche stabilisatrice (110) est formée d'une structure stratifiée composite comprenant une couche diélectrique centrale (142) et deux couches métalliques externes (144,146). 9. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples selon la revendication 8, caractérisé en ce que les couches métalliques externes (144,146) de la couche stabilisatrice composite (140) présentent un tracé flottant-non contigu. 10. Stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples présentant un coefficient de dilatation thermique réglé et destiné à être utilisé avec des composants dépourvus de fils conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: une couche métallique conductrice plane supérieure (120); 20. une couche stabilisatrice plane (140) formée d'un métal présentant un coefficient de dilatation thermique bas; une couche pour plaquette de circuit imprimé plane formée d'un substrat diélectrique (128); une couche métallique conductrice plane inférieure (132), les couches métalliques conductrices supérieure et infé- rieure pouvant accepter des composants dépourvus de fils conduc- teurs; et trois couches de liaison planes (122,124,134) formées d'un tissu imprégné de résine époxy, une des couches de liaison (122) étant interposée entre la couche métallique conductrice supérieure (120) et la couche stabilisatrice (140) et contiguë à celles-ci, une deuxième couche de liaison (124) étant inter- posée entre la couche stabilisatrice (140) et la couche de plaquette de circuit imprimé (128) et contiguë à celles-ci, et la troisième couche de liaison (134) étant interposée entre la couche de plaquette de circuit imprimé (128) et la couche métal- lique inférieure (132), et contiguë à celles-ci, les couches de liaison reliant de manière adhésive les autres couches pour former une structure stratifiée composite dans laquelle la couche stabilisatrice règle le coefficient-de dilatation ther- mique de la structure stratifiée. 11. Procédé de fabrication d'un stratifié pour plaquette de circuit à âme métallique à couches multiples présentant un coefficient de dilatation thermique réglé et destiné à être utilisé avec des composants dépourvus de plomb, caractérisé en ce qu'il comprend: 10. l'apport d'une couche métallique conductrice plane supérieure (120) et d'une couche stabilisatrice (140) formée d'un métal présentant un coefficient de dilatation thermique bas; l'interposition d'une couche de liaison (122) entre la couche métallique conductrice et la couche stabilisatrice, la couche de liaison étant formée de tissu de verre imprégné de résine; la formation d'une structure stratifiée composite partielle avec ces couches; 20. l'apport d'une couche de plaquette de circuit impri- mé (128) et d'une couche métallique plane inférieure (132); l'interposition d'une seconde couche de liaison (134) entre la couche de plaquette de circuit imprimé et la couche métallique inférieure et l'interposition d'une troisième couche de liaison (128) entre la surface inférieure de la couche sta- bilisatrice et la surface supérieure de la couche de plaquette de circuit imprimé; la seconde et la troisième couche de liaison étant formées de tissu de verre imprégné de résine; et la formation d'une structure stratifiée composite complète avec ces couches.