Brevet FR2518808A1 — publié le 19830624

"PROCEDE ET DISPOSITIF POUR ENROBER UN MICROASSEMBLAGE L'invention concerne un procédé d'enrobage d'un microassemblage muni de connexions, procédé dans lequel on coule une matiere d'enrobage dans un moule a l'intérieur duquel on a placé le microassemblage. Elle concerne également un dispositif pour enrober un microassemblage muni de connexions, comportant un volume ouvert å sa partie supérieure pour y couler une matière d'enrobage. Par le mot microassemblage, on entend un circuit électronique de petite dimension réalisé à partir de composants miniatures assemblés soit sur un circuit imprimé, soit sur un circuit hybride. Il peut désigner aussi un assemblage d'une pluralité de circuits imprimés ou de circuits hybrides. Dans l'art antérieur, on utilise principalement quatre procédés pour protéger contre les agressions de l'environnement les circuits électroniques : - vernissage (au trempé, en lit fluidisé, au pistolet), - enrobage par coulée, soit dans un moule réutilisable, soit dans un moule perdu qui sert alors de boîtier au circuit terminé, - moulage "transfert", c'est-à-dire par injection de matière à chaud, sous pression, - utilisation ad'un boîtier étanche. Les qualités principales de ces Procédés sont les suivantes : le vernissage offre souvent une protection jugée insuffisante; le moulage par coulée nécessite peu d'investissements mais est délicat à mettre en oeuvre, et son aspect final n'est pas toujours parfait ; le moulage "trans fert" nécessite un gros investissement en presse et en moules et, de plus, il cause aux circuits un choc thermique important ; enfin, les boîtiers étanches sont fort coûteux. L'invention concerne le moulage par coulée. Ce type de moulage est délicat a mettre en oeuvre. En effet, on procede en général-de la façon suivante : le moule, qu'il soit réalisable ou non, a une ouverture à sa partie supérieure. Les microassemblages sont introduits par cette ouverture, avec leurs connexions tournées vers le haut, puis on coule la matière d'enrobage. On rencontre alors plusieurs difficultés : d'abord, il faut éviter de souiller les connexions, ce qui exige souvent d'introduire la matiere au moyen de tuyaux fins pénétrant dans le microassemblage en-dessous des connexions; ces tuyaux fins ont un débit limité et se bouchent facilement. Ensuite, la matière d'enrobage a parfois du mal à atteindre certaines parties du microassemblage, ce qui entraîne l'apparition de bulles d'air qui ont ensuite tendance à monter pour venir éclore en surface, d'où un aspect peu satisfaisant. Il serait, en effet, très difficile de rectifier cette surface à cause des connexions rapprochées et fragiles, et de surcroît la matière enlevée lors de la rectification représenterait une place perdue entre le microassemblage et le circuit imprimé (ou le connecteur) dans lequel les connexions sont introduites. On a donc essayé de placer les microassemblages avec les connexions tournées vers le bas, et passant par des trous d'un moule, perdu ou non. Cette méthode ne présente aucun des inconvénients ci-dessus : on ne risque pas de verser de la matière sur les connexions, et les bulles apparaissant en surface peuvent être facilement enlevées par un fraisage ou un meulage.Cependant, on rencontre deux difficultés principales - l'introduction des connexions dansdes-trous situés au fond d'un moule parfois étroit est malaisée, - si la matière d'enrobage est assez fluide pour pouvoir ètre mise en place sans trop de difficultés, alors il y a toujours des fuites par les trous au fond du moule qui sont imparfaitement obturés par les connexions à cause des dispersions dimensionnelles, et la matière coule le long des connexions et est ensuite difficile à éliminer sans abîmer ces dernières. C'est pourquoi cette méthode a, en général, été abandonnée. Le but de l'invention est de perfectionner cette méthode afin d'obtenir une mise en oeuvre aisée et un aspect parfait du produit fini. L'idée de base sur laquelle repose l'invention est d'utiliser un fond de moule interchangeable avec des opercules percés par-les connexions. Ainsi, les dispersions des dimensions des connexions ne provoquent pas de fuites de matière d'enrobage puisque chaque trou au fond du moule est automatiquement ajusté å la dimension-de chaque connexion. L'interchangeabilité du fond de moule, nécessaire puisqu'il en faut un neuf pour chaque microassemblage moulé, résout également le problème de l'introduction des connexions dans les trous : celle-ci peut se faire avant de mettre en place le fond du moule. Un procédé selon l'invention est notamment remarquable en ce que, ayant orienté les connexions du microassemblage vers le bas, on leur fait percer des opercules placés à la partie inférieure du moule. Ce procédé offre les avantages connus de la position avec les connexions vers le bas mais, en plus, grâce au fait que les opercules percés restent en contact étroit avec les connexions, aucune matière d'enrobage ne peut fuir à la partie inférieure. Un dispositif selon l'invention est notamment remarquable en ce que la paroi inférieure du volume dans lequel on coule la matière d'enrobage est, au moins en partie, amovible, et en ce que cette partie amovible est munie d'opercules. Cette disposition offre l'avantage de permettre l'utilisation facile du procédé selon l'invention, l'amovibilité de la partie munie d'opercules permettant une mise en place plus commode des microassemblages dans le moule et permettant le remplacement des opercules percés, après usage. Avantageusement, chaque opercule# présente une surface légèrement plus petite que la section d'une connexion. Ainsi, lors du perçage, les connexions sont plus fortement serrées et l'étanchéité meilleure. Chaque opercule est avantageusement situé au sommet d'une partie creuse en forme de pyramide ou de cône tronqué. Cette forme permet une bonne étanchéité le long des connexions tout en limitant l'effort nécessaire lors du per sage . Avantageusement, les parties amovibles comportent des logements en creux destinés à engendrer dès bossages sur l'enrobage des microassemblages. Ceci permet de placer lesdits bossages aussi près des connexions qu'on le désire. Ces parties amovibles sont, par ailleurs, avantageu- sement réalisées en polypropylène. Cette matière a des propri#étés mécaniques qui assu -rent un très bon compromis entre l'effort nécessaire lors du perçage et l'étanchéité lors du moulage. Dans un mode de réalisation particulier ot l'on enrobe plusieurs microassemblages à la fois, le volume dans lequel on coule la matière d'enrobage est limité par deux portions de courroies plates qui enserrent à leur partie inférieure une pluralité desdites parties amovibles, placées bout à bout. Cette disposition permet de faire avancer de façon continue les parties amovibles, ce qui permet l'enrobage de microassemblages successifs sans aucune interruption. Dans ce mode de réalisation particulier, les parties amovibles sont avantageusement plus grandes que les microassemblages, dans la direction parallèle aux portions de courroies. Chaque pièce amovible poussant la précédente, le fait qu'elles soient plus grandes que les microassemblages introduit un espacement entre les microassemblages qui permet la suppression ultérieure d'une certaine quantité de matière entre deux microassemblages de façon à les séparer les uns des autres. La description qui va suivre, en regard des figures décrivant des exemples non limitatifs, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 représente l'ensemble d'un dispositif de base selon l'invention. La figure 2 représente une susdite partie amovible vue en coupe longitudinale. La figure 3 représente à plus grande échelle des coupes selon deux plans perpendiculaires, au niveau d'un opercule. La figure 4 représente un microassemblage enrobé et un outil de finition. La figure 5 représente en perspective un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention. La figure 6 représente en coupe transversale une partie du dispositif de la figure 5. La figure 7 représente une variante du dispositif de la figure 5. Sur la figure 1, est représenté un moule 4 comportant un volume 6 ouvert à sa partie supérieure pour y couler une matière d'enrobage. La paroi inférieure de ce volume est constituée par le sommet de la partie 7 lorsque celle-ci est introduite dans l'orifice inférieur 19 du volume 6. Cette partie 7 est amovible et elle est munie d'opercules 5. Ces opercules sont placés aux sommets de vides ménagEs à l'intérieur de la partie 7. Ils constituent en quelque sorte un toit plat de très faible épaisseur pour les vides en question. Pour enrober un microassemblage 1, muni de connexions 2, on oriente les connexions 2 du microassemblage vers le bas ; on leur fait percer les opercules 5, ceux-ci 6tant placés à la partie inférieure du moule par suite de l'introduction de la'partie 7 dans l'orifice inférieur 19 du moule ; puis, on coule par le haut une matière d'enrobage dans le volume 6 du moule 4. Il est évident que l'on a le choix entre : introduire les microassemblages dans le moule muni des parties 7 ou bien plutôt enfoncer les connexions 2 dans la partie 7, et introduire ensuite l'ensemble du microassemblage et de la partie 7 dans le moule 4. Les parties amovibles 7 comportent des logements en creux 10. Ces logements sont destinés à engendrer des bossages (11, figure 4) sur l'enrobage des microassemblages. Une coupe verticale selon A-A est représentée sur la figure 2 dont la référence 9 illustre un des vides ménagés à l'intérieur de la partie 7 et pour lesquels les opercules 5 constituent en quelque sorte un toit. Un relief vertical 24 placé de chaque côté de la connexion, à l'intérieur d'au moins un vide 9, permet de maintenir la connexion verticale. Les axes A-A et B-B de la figure 1 indiquent les directions selon lesquelles sont réalisées les coupes verticales à grande échelle représentées respectivement à gauche et à droite sur la figure 3. Sur cette figure 3, est également représentée en 20 l'extrémité, disposée en correspondance avec les coupes, d'une connexion 2 dite l'plate" s'apprêtant à percer l'opercule . L'extrémité est de préférence découpée en pointe symétrique de façon à ce qu'aucun effort latéral ne se produise lors du perçage de l'opercule. Cette connexion dite "plate" a une section rectangulaire. Chaque opercule 5 a une largeur et une longueur L légèrement plus petites que respectivement la largeur et la longueur de la section rectangulaire d'une connexion. Sa surface est donc légèrement plus petite que celle de la section d'une connexion. Pour des connexions, couramment utilisées, dont la section rectangulaire mesure 0,25 x 0,60 mm, l'opercule sera sensiblement un rectangle-de 0,10 x 0,45 mm. Dans le cas d'une connexion ronde, opercule est rond et son diamètre est légèrement plus petit que celui de la section de la connexion (une différence de 0,15 mm est satisfaisante). Chaque opercule 5 est situé au sommet d'une partie creuse 8 en forme de pyramide tronquée, partie creuse qui est la partie supérieure du vide 9 dans lequel on introduit la connexion 2. Dans le cas de connexion ronde, cette pyramide est bien entendu remplacée par un cône. Les parties amovibles 7 sont avantageusement réali sées en polypropylène. Cette matière est bon marché, facile à injecter, et ses propriétés mécaniques conviennent bien pour l'usage de joint d'étanchéité qu'on fait jouer aux opercules percés. Les parties 7 sont jetées après chaque moulage et il faut donc en fournir une par microassemblage. Ceci n'est pas un inconvénient important car la production, par injection, de ces parties est très bon marché et leur prix grève très peu celui des microassemblages. Pour réali- ser les opercules, on fabrique les parties 7 au moyen d'une matrice d'injection en deux parties dont on peut régler l'écartement. Les vides 9 sont donc engendrés par des doigts portés par une partie de matrice. Si l'on approche ces doigts jusqu'à toucher l'autre partie de matrice à l'emplacement des opercules, c-eux-ci disparaissent et on obtient des trous. On écarte alors les deux parties de matrice de la quantité juste nécessaire pour que le polypropylêne arrive à s'introduire entre le doigt et la partie de matrice qui lui fait face. L'épaisseur obtenue alors pour l'opercule est d'environ 5/100e de millimètre. La figure 4 montre un microassemblage enrobe avec des bossages 11 engendrés par les logements en creux 10 de la partie amovible 7. Une fraise 17, réglée pour araser au niveau du plan indiqué par la ligne 21, permet de donner un aspect net au microassemblage en supprimant la partie supérieure du moulage qui peut avoir une surface irrégulière. La figure 5 représente un mode de réalisation particulier de l'invention, utilisé pour enrober en série une pluralité de microassemblages. On introduit, ici par la gauche, des microassemblages placés sur des pièces 7 munies d'opercules, microassemblages dont les connexions tournées vers le bas traversent lesdits opercules, ce qui assure à la fois le maintien en place des microassemblages et, lors du moulage, l'étanchéité au niveau des connexions. Les parties 7 sont déposées sur un tapis 14 qui les déplace pour les introduire entre deux portions de courroie 12. Ces portions de courroie plate limitent un volume dans lequel la matière d'enrobage 3 est injectée en conti#nu par un tuyau 15.Ces portions de courroie enserrent, à leur partie inférieure, une pluralité de parties amovibles 7 et les font avancer à une#vitesse égale à celle du tapis 14. La matière d'enrobage pourrait couler vers l'entrée du système, ici à gauche, si sa viscosité combinéeavec l'avance de l'ensemble des courroies, des microassemblages et des parties 7 ne le lui interdisait. Cette-matière d'enrobage a une prise, ou polymérisation, rapide afin que la matière ne soit plus en état de couler lorsque les moulages sortent des courroies en formant un bloc 18.- Pour cela, la longueur des courroies doit être choisie suffisante, et leur vitesse d'avance assez faible.On peut éventuellement faire passer la portion comprise entre le tuyau 15 et les poulies aval 22 dans un four à passage qui accélère la polymérisation de la matière d'enrobage. Une matière polyuréthane connue sous la référence commerci#ale "Damival" de la firme "Thomson- Atlantique" a une durée de prise d'environ 4 minutes et convient parfaitement. Un préchauffage avant coulée suffit à obtenir cette prise rapide. Le mélange de constituants de la résine d'enrobage combiné -à itinjection dans le tuyau 15 peut être fait à partir d'éléments du commerce bien connus de l'homme de métier. Le réglage du débit de matière dans le tuyau 15 -permet d'obtenir la hauteur d'enrobage désirée. Quant à la largeur des pièces moulées, elle est ajustée à la demande grâce à la possibilité de rapprocher ou d'éloigner l'une de l'autre les portions de courroie 12. Pour assurer cette possibilité, l'homme de métier dispose d'une panoplie de dispositifs bien connus qu'on nta pas représentés pour ne pas compliquer la figure. L'espacement entre les portions de courroie 12 est égal à l'épaisseur désirée pour les moulages et les parties 7 ont de préférence une largeur, elle aussi égale à cet espacement. Une coupe dans le dispositif au niveau des parties de courroie 12 est illustrée par la figure 6 afin de bien montrer comment sont disposés l'un par rapport à l'autre le tapis 14, les courroies 12, la partie 7 et le microassemblage. A la sortie du dispositif de moulage de la figure 5, les pièces forment un bloc 18 dans lequel les microassemblages sont contenus bout à bout. Il convient alors de scier ce bloc le long des lignes 13 afin de les séparer. La position des lignes 13 est déterminée. par les parties 7 qui restent apparentes. Afin de ménager un espace S entre les microassemblages placés bout à bout, pour pouvoir introduire un outil de découpe sans les endommager, les parties amovibles 7 sont, dans la direction parallèle aux portions de courroie, plus grandes que les microassemblages. Pour couper le bloc 18 selon les lignes 13, on utilisera par exemple une scie montée sur un support mobile qui se déplace à la même vitesse que le tapis 14 et les courroies de façon à suivre les pièces. Après avoir séparé un microassemblage, cette scie sort du bloc 18 et revient en arrière pour attaquer la ligne 13 suivante. De préférence, une pièce de renfort 16 vient maintenir en position bien définie la portion de courroie 12, laquelle glisse contre cette pièce de renfort 16. Avec des courroies très souples, il est possible de les écarter par le haut, au droit du tuyau de remplissage, ainsi que le montre la figure, ce qui facilite beaucoup le remplissage. Elles sont ensuite ramenées à leur position normale par les pièces 16 avant que la matière d'enrobage soit durcie. Ceci constitue un avantage de la disposition de la figure 5, Celle-ci a cependant un inconvénient en ce que, pour obte nir que la matière soit polymérisée avant de sortir d'entre les courroies, il faut une machine de grande longueur. Cette longueur ne peut pas être représentée à l'échelle sur la figure. Elle est, en effet, de l'ordre d'une dizaine de mètres. La matière étant polymérisée en, à peu près, quatre minutes et les microassemblages ayant une longueur de 5,08 cm par exemple, cette-longueur de 10 mètres permet de délivrer environ un microassemblage toutes les 1,2 secondes avec une vitesse d'avance de 4,17 cm/sec. Dans le but de rédu-ire l'encombrement de la machine, on a imaginé une variante représentée par la figure 7. Les microassemblages 1 sont enfichEs dans des parties 7, dispo sées en travers par rapport au sens d'avance du tapis 14. Des plaquettes de séparation 23 sont introduites entre deux microassemblages successifs. Ces plaquettes sont réalisées par exemple en polypropylene sur lequel la matière d'enrobage n'adhère pas. Elles peuvent soit resservir, soit être jetées après usage. Il est facile de comprendre qu'avec cette disposition, la machine est beaucoup moins longue. De plus, on n'a pas à découper en sortie pour séparer les microassemblages. Les parties 7 peuvent être livrées atta chées les unes aux autres en bande ou en rouleau, ce qui facilite leur mise en place. On peut standardiser une dimension de partie 7 et de séparateur 23, et, lorsque le microassemblage est moins long que le standard, découper en sortie selon une direction 13 qui a l'avantage d'être dans l'axe, ce qui permet d'utiliser une scie fixe. Bien entendu, les constituants de ce système peuvent être remplacés par des éléments équivalents sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, les opercules venus de moulage dans les parties 7 peuvent être remplacés. par une membrane fine collée à leur face supérieure, le tapis 14 peut être remplacé par un plateau vibrant, les pièces 7 bout à bout peuvent être remplacées par une pièce de grande longueur. On a représenté un microassemblage constitué d'un support unique et muni d'une seule rangée de connexions, mais le procédé et le dispositif s'appliquent aussi bien à un assemblage de plusieurs supports muni éventuellement de plusieurs rangées de connexions, pourvu que celles-ci soient toutes tournées dans la même direction. - REVENDICATIONS 1, Procédé d'enrobage d'un microassemblage (1) muni de connexions (2), procédé dans lequel on coule une matière d'enrobage dans un moule à l'intérieur duquel on a placé le microassemblage, caractérisé en ce que, ayant orienté les connexions (2) du microassemblage vers le bas, on leur fait percer des opercules (5) placés à la partie inférieure du moule. 2. Dispositif popr enrober un microassemblage muni de connexions, comportant un volume (6) ouvert a sa partie supérieure pour y couler une matière d'enrobage, caractérisé en ce que la paroi inférieure (7) de ce volume est, au moins en partie, amovible, et en ce que cette partie amovible est munie d'opercules (5). 3. Dispositif selon la revendication 2, -caractérisé en ce que chaque opercule (5) présente une surface légère- ment plus petite que la séction d'une connexion (2). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque opercule est situé au sommet d'une partie creuse (8) en forme de pyramide ou de cône tronqué. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les parties amovibles (7) comportent des logements en creux (1D) destinés à engendrer des bossages sur l'enrobage des microassemblages. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les parties amovibles (7) sont en polypropylène. - 7. Dispositif selon#l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ledit volume est limité -par deux portions de courroies plates (12) qui enserrent à leur partie inférieure une pluralité desdites parties amovibles (7) placées bout à bout. 8. Dispositif selon la revendication 7-, caractérisé en ce que les parties amovibles (7) sont, dans la direction parallèle aux portions de courroies (12) plus grandes--que les microassemblages.