Brevet FR2500712A1 — publié le 19820827

PROCEDE D'EPARGNE-SOUDURE DE CARTE IMPRIMEE ET CARTE IMPRIMEE OBTENUE SELON CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé d'épargne-soudure (techniques soldermask en appelation anglo-saxonne) de cartes imprimées nues, ainsi que les cartes imprimées obtenues en utilisant ce procédé. On entend par carte imprimée nue une carte comportant le circuit imprimé mais sur lequel les éléments discrets ou en circuits intégrés ne sont pas montés ni soudés. Les cartes imprimées portant des circuits électroniques doivent être dans certains cas, notamment lorsqu'elles comportent une haute densité de pistes, recouvertes d'une couche protectrice masquant toute la carte y compris les pistes, sauf les parties destinées à la soudure comportant les pastilles éventuellement percées de trous. Cette couche de protection a plusieurs fonctions: - éviter le dépôt de soudure sur les pistes lors d'un passage à la vague, ce qui élimine des risques de court-circuit d'une piste à l'autre par un pont de soudure - améliorer l'isolation entre les pistes proches (la distance entre pistes voisines étant généralement limitée à l/lOe de pouce soit 0,25 mm); - renforcer la protection des circuits imprimés vis-à-vis de pertubations extérieures (chocs, rayures, etc ...). La couche protectrice doit de plus présenter un certain nombre de caractéristiques qui sont - résister aux chocs thermiques résultant du passage à la vague; - répondre aux normes climatiques habituelles (chaleur humide, brouillards salins etc...); - être compatible des vernis d'enrobage (par exemple le 12503) pulvérisés en fin d'opération; et - être aussi économique que possible. Deux procédés d'épargne soudure sont généralement utilisés. Un premier procédé consiste à effectuer le dépôt d'une encre époxy par sérigraphie, le matériau époxy étant celui de base des cartes support de circuit imprimé. Le second procédé consiste à déposer un film photosensible à l'aide d'un appareil dit laminator. Dans cet appareil le film et la carte sont passés à travers des rouleaux dans une enceinte légè- rement chauffée et la faible pression exercée applique le film sur la carte. Le film est ensuite insolé à travers un positif ou typon qui représente la configuration des pastilles constituant les parties à réserver. L'opération suivante consiste à enlever les parties de film non insolé au moyen d'un développement chloré et finalement à produire la polymérisation (durcissement par action thermique) de la couche insolée par chauffage à une température suffisante. Le procédé par sérigraphie est peu co0teux pour des grandes séries mais nécessite la fabrication des écrans, leur stockage, et la disposition d'une machine et d'un personnel spécialisé. Le second procédé à film photosensible nécessite une chaîne de développement chloré et à en outre l'inconvénient d'être très cher. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients cités présentés par les procédés d'épargne-soudure existants, notamment dans le cas de petites séries et/ou si l'on ne dispose pas d'une chaîne de développement chloré. Le procédé d'épargne-soudure selon l'invention peut également s'appliquer à de grandes séries et le produit obtenu selon ce procédé présente des caractéristiques mécaniques et électriques bien supérieures car le procédé utilisé est directement inspiré, comme on le verra ultérieurement, de la technique des circuits multicouches (empilage de couches de matériaux identiques ou semblables). Un objet de l'invention est un procédé d'épargne-soudure de cartes imprimées par dépôt d'une couche protectrice sur toute l'étendue des faces imprimées excepté aux endroits prévus pour une opération de soudure ultérieure, la couche de protection étant obtenue pour chaque face par un élément sous forme d'une feuille traitée de manière à comporter des parties évidées aux emplacements correspondants aux endroits à réserver pour la soudure ; la feuille utilisée est en résine non polymérisée de qualité non coulante et dans laquelle les parties évidées sont obtenues par usinage préalable à des dimensions du même ordre que celles des surfaces à réserver. Ces surfaces étant généralement constituées par les pastilles, les parties évidées de la feuille sont obtenues aisément par un perçage préalable. Les particularités de l'invention apparaîtront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées qui représentent: - la figure 1, la carte et les éléments destinés à constituer la couche protectrice conformément à l'invention; - la figure 2, l'assemblage de la carte et des éléments protecteurs selon la figure 1 ; - la figure 3, un schéma simplifié illustrant le perçage préalable des feuilles protectrices; et - la figure 4, une variante du procédé selon la figure 1 utilisable notamment pour des cartes présentant un revêtement d'Etain-Plomb. En se reportant à la figure 1 on distingue la carte imprimée 1 et les feuilles 2 et 3 destinées à assurer les éléments de protection. La carte 1 est constituée par le milieu support 4 en époxy et par les parties en cuivre qui ont été ménagées sur les grandes faces opposées. Ces dépôts sont constitués par des pastilles 5 généralement circulaires et considérées telles a priori et par des pistes 6 reliant des pastilles. Dans la version représentée la carte comporte des trous à l'endroit de pastilles mais il est entendu que l'invention s'applique tout aussi bien à des cartes sans trous métallisés et à une carte simple face, ou double face, ou multicouches Les éléments 2 et 3 sont consitués par deux feuilles de résine non polymérisée, par exemple du type connu sous la marque "PREPEG", et de qualité non coulante communément désignée par "NO FLOW" en anglo-saxon.Ces feuilles sont normalement prévues et utilisées pour constituer les feuilles intercallaires entre couches epoxy dans un circuit multicouches. Suivant l'invention elles sont utilisées comme protection sur les faces extérieures et dans ce but ces feuilles sont pourvues d'ouvertures correspondant aux zones à laisser à découvert pour la soudure ultérieure, c'est-à-dire les surfaces correspondant aux pastilles 5 percées (ou non) d'un trou 7. Les ouvertures dans les feuilles 2 et 3 sont ainsi constituées de trous 8 qui correspondent aux emplacements des pastilles 5 du circuit imprimé 1. Dans la pratique ces trous 8 auront un diamètre D2 choisi de préférence légèrement supérieur au diamètre D1 des pastilles, par exemple de quelques dizièmes de mm en sus pour un diamètre D1 de l'ordre de 1,5 mm. Ainsi, les feuilles 2 et 3 vont recouvrir la totalité des faces imprimées du circuit 1, c'est-à-dire les zones du support époxy 4 mises à nu et les zones correspondant aux pistes 6. La figure 2 représente l'assemblage 10 constitué par la carte imprimée 1 et les feuilles de protection 2 et 3 déposées respectivement sur les faces latérales imprimées pour constituer l'ensemble 10. Chacune des feuilles de résine non polymérisée 2 et 3 est positionnée sur une face latérale, fixée en position à l'aide d'un moyen approprié résistant à la chaleur, par exemple un ruban adhésif en polytétratfluoréthylène, matériau connu sous la marque "TEFLON", ou tout autre matériau ; l'ensemble 1-2-3 est ensuite pressé à chaud dans une presse à stratifier pour constituer le produit final selon la figure 2. La presse est du type utilisé pour fabriquer des circuits multicouches, la pression fournie peut-être de l'ordre de 15 kg/cm2 et la température de l'ordre de 1500C pour obtenir la polymérisation des feuilles 2 et 3. A titre indicatif, l'épaisseur du cuivre en 5 et 6 sur le support époxy 4 de la carte peut être de l'ordre de 40 à 50 microns et les feuilles de résine 2 et 3 peuvent avoir une épaisseur du même ordre, de 30 à 50 microns. Il résulte de la description qui précède que l'usinage des feuilles de protection 2 et 3 peut être effectué simultanément et avec le même outillage que celui utilisé pour la carte. La figure 3 représente à titre d'exemple un schéma d'une perçeuse 20 à commande numérique 21 et à deux têtes 22 et 23 pour effectuer~ en même temps, par la tête 22 les trous de peràage 7 dans le support époxy 4 et par la deuxième tête 23 les trous de perçage de diamètre D2 dans les feuilles de résine 2 et 3. Sur l'exemple considéré dans les figures 1 et 2 la carte imprimée était du type double face terminée de fabrication et sans revêtement d'Etain-Plomb sur les parties cuivrées. Il est nécessaire d'étamer les parties cuivrées et de métalliser les trous pour éviter l'oxydation avant d'entreprendre les travaux de montage d'éléments précédant le passage à la vague suivi éventuellement d'un vernissage terminal. Il peut se faire également que les cartes présentent déjà un revêtement d'Etain-Plomb avant d'avoir procédé au dépôt de la couche de protection selon les figures 1 et 2. En ce cas les feuilles 2 et 3 se trouvent déposées sur le revêtement d'Etain-Plomb 9 représenté sur la figure 4 et qui surmonte les parties cuivrées (pastilles et pistes) ainsi que la paroi interne des trous de perçage. Lorsque le revêtement est assez épais, par exemple de 15 à 20 microns, il peut se produire au passage à la vague des défauts d'adhérence. Pour remédier à cet inconvénient, il est procédé selon une variante de l'invention à l'adjonction d'une feuille supplémentaire 12 percée dans les mêmes conditions que les feuilles 2 et 3. La feuille 12 est en matériau époxy c'est-à-dire similaire au support 4 de la carte et se trouve placée au dessus de la feuille de résine 2 à laquelle elle est associée. L'ensemble est passé comme précédement dans la presse à statifier. La représentation de la figure 4 correspond à un montage avec une feuille d'époxy 12 prévue sur la face côté soudure de la carte imprimée 11 tandis que la face côté éléments à la partie inférieure de la figure, ne comporte comme protection que la feuille de résine 3. Le montage pourrait néanmoins comporter également une feuille d'époxy telle que 12, sur la face côté éléments. Le produit obtenu se distingue par le fait que la couche de protection qui est déposée dans les zones non destinées à la soudure est à base de matériau de résine, éventuellement recouverte d'une couche en matériau époxy. Le procédé conforme à l'invention qui vient d'être décrit présente une grande facilité de mise en oeuvre du fait que l'usinage peut être réalisé dans les mêms conditions que celui de la carte imprimée donc avec une même machine ou tout au moins à partir d'une même programmation ; un autre point important est qu'il convient très bien en particulier pour des petites séries étant donné la modicité de son prix de revient. Il est entendu que l'invention n'est pas limitée à la description qui précède donnée à titre d'exemple et qu'elle englobe également les variantes conformes aux caractéristiques exposées dans les revendications qui suivent. Dans le cas de pastilles non circulaires, par exemple oblongues, il peut être interessant de limiter l'étendue de la soudure sur la pastille en présence notamment de pistes proches et pour ce faire, les ouvertures 8 percées dans les feuilles protectrices seront d'un diamètre déterminé inférieur à la grande dimension des pastilles. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épargne-soudure de carte imprimée (1) par dépôt d'une couche protectrice sur toute l'étendue des faces imprimées de la carte excepté sur les surfaces (5) prévues pour une opération de soudure ultérieure, la couche étant obtenue pour chaque face par un élément sous forme d'une feuille traitée pour ménager des ouvertures (8) correspondant aux surfaces à réserver, la feuille étant polymérisée par chauffage, le procédé étant caractérisé par le fait que les feuilles (2-3) utilisées sont en résine non polymérisée, de qualité non coulante, et dans lesquelles les parties évidées sont obtenues par usinage préalable à des dimensions sensiblement égale à celles des surfaces (5) à réserver. 2. Procédé selon la revendication 1 et dans lequel les surfaces à réserver comportent en particulier des pastilles en cuivre, caractérisé en ce que les feuilles (2-3) de résine sont perçées à l'endroit des pastilles (5) de trous (8) de diamètre (D2) fonction des dimensions des pastilles. 3. Procédé selon la revendication 2 et dans lequel les pastilles sont circulaires, caractérisé en ce que les trous (8) ont un diamètre (D2) au moins égal à celui (D1) des pastilles (5). 4. Procédé selon la revendication 2 et dans lequel les pastilles sont de forme oblongue, caractérisé en ce que les trous (8) ont un diamètre (D2) au plus égal à la grande dimension des pastilles (5). 5. Procédé selon la revendication 2 ou 3 et dans lequel les pastilles sont perçées de trous (7), caractérisé en ce que les feuilles (2-3) sont usinées simultanément et avec le même outillage (20 à 23) que les cartes (1). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que il est prévu en outre au moins une feuille supplémentaire (12), cette feuille étant en matériau époxy, percée de même manière que les feuilles de résine (2-3) et disposée par dessus une feuille de résine associée (2 Fig. 4) de manière à présenter une protection supplémentaire notamment pour des cartes présentant un revêtement d'Etain-Plomb (9). 7. Carte imprimé obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce quelle comporte sur chaque face une couche de protection (2-3) constituée par de la résine polymérisée. 8. Carte imprimée selon les revendications 6 et 7, caractérisée en ce que au moins une couche de protection comporte une couche de résine polymérisée (2) et par dessus une couche en époxy (12). 9. Carte imprimée selon la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que la couche de résine polymérisée est obtenue à partir de feuilles du type connu sous la marque "PREPEG" et de qualité "NG- FLOW".