Brevet FR2512315A1 — publié le 19830304

- Ebauche de circuit électrique multicouche et procédé de fabrication de circuits multicouches en comportant appli- cation La présente invention a pour objet la réalisation de circuits électriques multicouches et elle trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, constituée par la réalisation de cartes imprimées multicouches destinées à recevoir des boîtiers logiques. La plupart des ébauches de cartes imprimées multi- couches disponibles à l'heure actuelle sont réalisées, par pressage en masse, avec des couches internes, destinées à constituer les plans de masse et d'alimentation électri- que, gravées d'avance suivant un tracé défini par le client. Les liaisons logiques s'effectuent sur les couches externes et les connexions entre une face et l'autre face(ou une couche interne)par des trous métallisés Cette solution présente le grave inconvénient qu'il est nécessaire de définir un tracé de couche interne pour chaque besoin particulier, d'o un coût élevé puisqu'un travail de con- ception est à refaire pour chaque circuit, que les quantités sont faibles et que les ébauches en excès ne sont pas uti- lisables pour d'autres réalisations. On connaît également des cartes multicouches dont les couches internes sont prédéfinies suivant des tracés types Mais ces cartes ont également de nombreux inconvé- nients En particulier, elles imposent des contraintes d'implantation des composants, ce qui limite leur domaine d'emploi et réduit la densité d'implantation de composants extérieurs qu'il est possible d'atteindre. En résumé, les ébauches existantes ne constituent pas des composants standard utilisables pour réaliser ulté- rieurement tout type de circuit Il n'est pas possible de traiter ces ébauches comme une carte double face à trous métallisés classique, puisque des contraintes sur les emplacements de perçage des trous de liaison entre les faces doivent être respectées Il n'est pas possible de stocker les couches internes sous forme de cartes pré-pressées. Enfin, lorsque les couches d'alimentation et de masse sont 2 prédéfinies, la densité d'implantation est réduite et, en particulier, on ne peut implanter les composants à tous les noeuds de la grille standard à pas de 2,54 mm (un dixième de pouce). La présente invention vise notamment à fournir- une ébauche en vue de la réalisation d'un circuit électrique multicouches répondant mieux que celles anté- rieurement connues aux exigences de la pratique, en particu- lier en ce que le coût d'étude est réduit du fait de l'emploi d'une ébauche standard, en ce que les coûts de production de l'ébauche sont réduits grâce à la fabrication à grande échelle, en ce que des densités d'intégration importantes peuvent être obtenues du fait qu'il est possible d'implanter les composants à tous les noeuds de la grille standard et en ce qu'aucune contrainte n'est à respecter en ce qui concerne l'emplacement des trous métallisés. Dans ce but, l'invention propose notamment une ébauche en vue de la réalisation d'un circuit électrique multicouche, comprenant un support plat isolant, caractérisée en ce que ce dernier contient au moins une couche interne, parallèle aux faces -du-support et présentant un réseau conducteur continu formé par la répétition à deux dimensions d'un même motif, libérant une première grille de pas constant p de sitesnon conducteuiset formant une seconde grille, décalée de p/2 par rapport à la première, de sitesdont au moins un par motif est non conducteur et dont les autres appartiennent au réseau conducteur, de sorte qu'une connexion peut être effectuée entre la couche interne et un composant porté par le support à l'aide d'un trou métallisé traversant l'un desdits autres sites. Une telle ébauche peut être réalisée en série de façon classique par pressage ou laminage Du fait du carac- tère continu du réseau conducteur, il présente une impédance qui est sensiblement la même quel que soit l'emplacement du site. En général, l'ébauche comportera deux couches internes parallèles, dont l'une constituera liaison de masse et l'autre liaison d'alimentation; leurs grilles seront décalées de p suivant une des dimensions du réseau Ainsi, on 3 - peut aisément effectuer, à l'aide de trous métallisés, une liaison entre les deux faces de l'ébauche en l'un quelconque des noeuds du premier réseau et une liaison avec l'alimen- tation ou la masse à l'aide d'un trou métallisé en un noeud de la seconde grille. Le réseau conducteur comporte avantageusement, à chacun des autres sites mentionnés plus haut, une zone annu- laire délimitant une ouverture centrale de diamètre suffi- sant pour permettre de percer un trou métallique de faible diamètre reliant les faces sans pour autant créer une liai- son avec le réseau Le motif peut présenter trois desdits autres sites, décalés d'un demi pas dans deux directions orthogonales par rapport aux premiers sites sur lesquels s'effectuera le branchement des éléments logiques. L'invention propose également un procédé de fabri- cation de circuits électriques mutlicouches double face à partir d'une ébauche du genre ci-dessus défini On effectue les connexions entre faces à l'aide de trous métallisés qui peuvent etre percés en l'un quelconque des sites de la première grille Si les autres sites comportent des zones conductrices qui sont annulaires et non pas pleines, on peut également effectuer une connexion entre faces à l'aide d'un trou métallisé de diamètre inférieur à celui du cercle inscrit dans la zone Les liaisons entre une face et la couche interne peuvent etre réalisées à - l'aide d'un trou métallisé percé en l'un desdits autres sites Lorsque deux couches internes sont prévues, cette liaison avec l'une des couches sera réalisée en perçant un-trou métallisé en un desdits autres sites d'une des couches qui se trouvent face à celui des sites de la seconde couche qui est non conducteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels la Figure 1 est une vue en plan montrant un fragment du réseau conducteur d'une couche interne d'ébauche suivant un mode particulier de réalisation de l'invention, la Figure 2 est un schéma qui montre, en perspec- tive éclatée, un fragment des faces et des couches internes d'une ébauche de carte imprimée utilisant des motifs du genre montré en Figure 1, ainsi qu'un exemple de liaison. L'invention sera maintenant décrite en la supposant appliquée à la constitution d'ébauches de cartes imprimées multicouches destinées à constituer des cartes logiques De façon classique, cette ébauche se présente sous forme d'un support plat en matériau isolant portant, sur ses deux faces terminales, des couches ou des pistes minces en matériau conducteur Deux couches conductrices parallèles aux faces sont ménagées dans l'épaisseur du support. Chacune des couches internes porte un réseau conduc- teur continu, formé par une couche métallique mince Ce réseau est constitué par la répétition, suivant deux dimen- sions, d'un motif élémentaire indiqué en traits pleins sur la Figure 1 Ce motif, constitué par une couche métallique mince, se présente sous forme de carrés juxtaposés centrés sur les noeuds d'un réseau régulier de pas p, suivant deux directions OX et OY En général, le pas p sera le pas d'implantation normal de 2,54 mm utilisé pour l'implantation des boîtiers de circuits logiques sur une carte La longueur des côtés des carrés est telle que leurs angles se recou- vrent de manière à assurer une continuité électrique. Dans le cas d'un pas p de 2,54 mm, la distance entre côtés opposés sera par exemple de 2,2 mm. La juxtaposition suivant les directions Ox et Oy du motif ainsi constitué permet de définir une première grille de pas constant p, décalée'de p/2 par rapport aux noeuds du réseau conducteur La zone située autour de chacun des noeuds de cette première grille constitue des sites non conducteurs 2 Un trou métallisé percé au travers de la plaque en l'un quelconque des sites 2 ne rencontre aucune zone conductrice de la couche et permet d'établir une jonc- tion entre les faces opposées, à condition d'avoir un diamètre suffisamment faible Dans la pratique, pour tenir compte des tolérances de fabrication et des erreurs de cen- trage lors du perçage, on peut considérer que les trous métallisés percés aux sites 2 ne devront pas dépasser un - diamètre d O de 0,8 mm dans le cas d'un pas p de 2,54 mm. Chacun des motifs montrés en figure 1 définit de son côté quatre sites supplémentaires, décalés dans les deux directions Ox et OY de p/2 par rapport aux sites 2. Trois des sites, désignés par la-référence 1, sont au centre de carrés conducteurs Le quatrième, désigné par 3, occupe un emplacement o n'existe pas de carré conducteur dans le motif Un trou métallisé percé au site 3 ne rencontrera pas les zones conductrices du réseau, à condition d'être de diamètre suffisamment faible. Dans le mode de réalisation montré en Figure 1, la partie conductrice dans chaque carré se limite à une zone annulaire dont le périmètre externe est constitué par le carré et dont le périmètre interne est constitué par un cercle 4 de diamètre dl Dans ces conditions, un trou métallisé percé à travers la plaque en l'un quelconque des sites 1 ne rencontrera pas la zone conductrice si son diamètre d 2 est suffisamment faible Dans la pratique, dans le cas d'un pas p de 2,54 mm, on pourra choisir des valeurs de 1,4 mm et 0,5 mm pour d 1 et la valeur maximum de d 2, respectivement. La Figure 2 montre le cas le plus fréquent o l'ébauche comprend deux couches internes 5 et 6, constituant respectivement plan commun de masse et plan commun d'alimen- tation à tension Vcc, parallèles aux faces terminales 7 et 8 Dans ce cas, chacune des couches ala constitution montrée en Figure 1, mais les motifs de l'une sont décalés par rapport aux motifs de l'autre de p dans l'une des direc- tions, que l'on supposera être Ox Pour plus de simplicité, les référence utilisées sur la Figure 1 ont été reportées sur la Figure 2, affectées de l'indice a lorsqu'elles con- cernent la couche 6. La réalisation d'interconnexions s'effectue alors de la façon suivante. Pour interconnecter des plages situées sur les faces externes opposées du circuit, il suffit de percer un trou dont le diamètre est suffisamment faible pour qu'il n'entame pas une zone conductrice en l'un quelconque des sites 1, 2 et 3 et de métalliser ce trou. 6 - Une liaison entre les faces terminales et le plan de masse s'effectuera en perçant un trou de diamètre suffisamment élevé (typiquement 1,8 mm dans le cas d'un pas de 2,54 mm) en l'un quelconque des sites 3 a du réseau S conducteur de la couche 6 et en le métallisant La paroi de ce trou ne sera pas en contact avec une zone conductrice du réseau conducteur de la couche 6 Par contre, elle sera en contact avec la zone annulaire conductrice autour d'un des sites 1 du réseau de la couche 5 Pour effectuer une jonction entre un composant fixé sur la face 8, en un site 2 du réseau d'implantation et le plan de masse, il suffit de créer une piste conductrice 9 vers la zone entourant le débouché du trou métallisé 10 de jonction avec le plan de masse Cette piste peut être reliée à la face 7 par un trou métallisé 11 qui, à condition de n'avoir pas un diamètre supérieur à do, n'entrera en contact ni avec le plan de masse, ni avec le plan d'alimentation. La jonction entre l'une des faces 7 et 8 et le plan d'alimentation s'effectue, comme dans le cas précédent, si ce n'est que les trous métallisés de diamètre suffisant sont percés en l'un des sites 3 du réseau de la couche 5. L'invention ne se limite nullement au mode- particulier de réalisation représenté et décrit à titre d'exemple Lés motifs peuvent avoir des formes très différentes de celles qui ont été représentées L'ébauche peut être destinée à la constitution de circuits comportant, sur les faces terminales, non pas des pistes imprimées mais des connexions en fils isolés soudés à leurs extrémités et.pouvant être collés sur les faces terminales en partie courante Il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes, ainsi plus générale- ment qu'à toutes autres restant dans le cadre des équiva- lences. -7- Revendications 1 Ebauche pour circuit électrique multicouches comprenant un support plat en matériau isolant, caractérisée en ce que ce dernier contient au moins une couche interne ( 5, 6) parallèle aux faces du support et présentant un réseau conducteur continu formé par la répétition à deux dimensions d'un même motif, libérant une première grille de pas constant p de sites non conducteurs ( 2) et formant une seconde grille, décalée de p/2 par rapport à la première, de sites dont au moins un par motif ( 3) est non conducteur et dont les autres ( 1) appartiennent au réseau conducteur, de sorte qu'une connexion peut être effectuée entre la couche interne et un composant porté par le support à l'aide d'un trou métallisé traversant l'un d-esdits autres sites ( 1). 2 Ebauche suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux couches intérieures ( 5,6) dont les grilles sont décalées de p suivant une des dimen- sions du réseau. 3 Ebauche suivant la revendication 2, caractérisée en ce que les deux couches internes constituent l'une liaison de masse, l'autre liaison d'alimentation. 4 Ebauche suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le réseau conducteur comporte, en chacun desdits autres sites ( 1), une zone annulaire conduc- trice délimitant une ouverture centrale ( 4) de diamètre suffisant pour permettre de percer un trou métallique de jonction entre les faces sans pour autant créer une liaison avec le réseau. 5 Ebauche suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que le motif présente trois desdits autres sites ( 1), décalés d'un demi-pas dans les deux directions orthogonales par rapport aux pre- miers sites ( 2) sur lesquels s'effectue le branchement des éléments logiques. 6 Ebauche suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que le motif a la constitution géométrique montrée en Figure 1. 7 Procédé de fabrication de circuits électriques 8 - multicouches double face à partir d'une ébauche suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on effectue les connexions entre les faces et une couche interne par perçage d'un trou en l'un desdits autres S sites et métallisation du trou. 8 Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que, ladite ébauche contenant deux couches internes décalées l'une par rapport à l'autre du pas p dans l'une des directions du réseau, le trou métallisé est percé en un desdits autres sites de la couche à relier qui est superposé à un site non conducteur ( 3) de l'autre couche. 9 Procédé suivant la revendication 7 ou 8, caracté- risé en ce que la jonction entre un composant porté par une face et un trou métallisé de jonction avec une couche est effectuée par une piste métallique formée entre un site de la première grille et un site de la seconde grille sur une face.