Brevet FR2543780A1 — publié le 19841005

Circuit électrique flexible conservant sa forme et procédé de fabrication de ce circuit. La présente invention concerne le domaine des plaquettes à circuits imprimés flexibles Plus particulièrement, la présente invention concerne des plaquettes à circuits imprimés flexibles comportant un substrat renforcé de fibres qui peut être traité ou fabriqué de la manière habituelle tout comme une pla- quette à circuits imprimés dure ou rigide, mais qui peut ensuite être plié en conservant n'importe quelle forme désirée dans plusieurs plans. Le procédé de fabrication de plaquettes à - circuits imprimés dures ou rigides est bien connu dans la technique La plaquette dure est réalisée sous forme d'un panneau sur lequel l'ensemble de cir- cuits particuliers est formé par morsure, dépôt élec- trolytique, sérigraphie ou estampage Une plaquette rigide à circuits imprimé Ce ce type doit nécessaire- ment être utilisée uniquement dans des applications dans lesquelles on fait intervenir un panneau dur s'éten- dant dans un seul plan, étant donné que toute flexion - pourrait donner lieu à une fissuration et/ou à une rup- ture. Afin de raccorder des plaquettes dures seéten- dant dans un seul plan à d'autres plaquettes dures à l'intérieur du dispositif électronique, on doit faire appel à des interconnexions coûteuses pour plaquettes multiples Ces systèmes d'interconnexion entraînent un accroissement des coûts à la fois de la main-d'oeu- vre et des pièces, tout e S augmentant la complexité d'une installation donnée. Les plaquettes à circuits imprimés flexibles classiques (par exemple, des substrats en matière plas- tique sur lesquels sont formés des dessins de circuits) ne permettent pas de résoudre les problèmes précités associés à l'utilisation de plaquettes dures Les circuits imprimés flexibles qui sont utilisés effica- cement comme harnais de câblage ou dans d'autres ap- plications, ne conviennent pas pour une application fixe dans plusieurs plans Cette caractéristique est due au fait que ces circuits imprimés flexibles ne prennent pas et de conservent pas les configurations dans lesquelles ils sont moulés ou façonnés de manière permanente De plus, bien qu'une plaquette à circuits imprimés flexible puisse prendre une forme à plusieurs plans, son manque de plasticité et la propriété de "mémoire" inhérente de ses composants plastiques flexi- bles peuvent l'amener à reprendre sa configuration initiale Ce mouvement peut interférer avec d'autres pièces intérieures du dispositif électronique De plus, lorsque des circuits imprimés flexibles sont rac- cordés à des systèmes électroniques, on doit faire ap- pel à des connecteurs coûteux qui sont spécialement adaptés pour des interconnexions entre plaquettes à cir- cuits flexibles Enfin, contrairement aux dispositifs à plaquettes dures, lorsqu'ils sont utilisés comme piè- ce de câblage fixe, les circuits flexibles nécessitent l'utilisation d'éléments de renforcement supplémentai- res afin de supporter le montage de composants lourds. Suivant la présente invention, on prévoit une matière de circuit imprimé comprenant une matière de substrat constituée d'une bande non tissée imprégnée d'un polymère, ainsi qu'au moins une feuille de matiè- re conductrice de l'électricité lamifiée à au moins une face de ce substrat, cette feuille conductrice de l'électricité ayant une épaisseur se situant entre 0,015 mm et 0,07 mm, tandis que le lamifié de matière de substrat non tissée et de matière conductrice de l'électricité peut être façonné en une forme permanen- te à plusieurs plans. La plaquette à circuits imprimés est réali- sée sous forme d'une feuille et elle peut être soumi- se à une morsure et/ou-à un estampage pour lui donner n'importe quelle configuration souhaitée-en adoptant des techniques de traitement de plaquettes dures clas- siques Ensuite, grâce aux propriétés exceptionnelles de la présente invention, la plaquette à circuits impri- més peut être façonnée en une configuration prédétermi- née à trois dimensions avant d'être montée dans un équipement électronique La plaquette à circuits im- primés ainsi formée ne subira aucune flexion ni fissura- tion et elle possédera une rigidité suffisante pour conserver sa forme après sa mise en place. Le procédé de fabrication de la présente in- vention comprend les étapes qui aonsistent à former un substrat constitué d'une bande non tissée de-fibres de verre et de polyester, imprégner et saturer la bande avec une solution de résine époxy, puis sécher la ban- de pour éliminer tout solvant La bande sèche et col- lante est ensuite lamifiée, sur une ou les deux faces, avec des feuilles de cuivre en vue de former une feuil- le de matière pour plaquettes à circuits imprimés Tout comme dans une matière pour plaquettes dures, la feuil- le peut être soumise à une morsure, un poinçonnage, un forage ou un matriçage en vue d'obtenir les configura- tions et les circuits désirés, les configurations obte- nues par estampage pouvant finalement être transfor- mées en configurations à plusieurs plans par façonnage ou pliage. En conséquence, on prévoit une nouvelle matiè- re de circuit imprimé flexible perfectionnée possédant une rigidité suffisante pour pouvoir la fabriquer par des procédés classiques de réalisation de plaquettes dures, cette matière étant cependant suffisamment fle- xible pour être façonnée ou pliée aisément en configu- 254378 O rations à plusieurs plans et conserver ensuite ces der- nières. L'élément de circuit imprimé flexible perfec- tionné possède une plasticité suffisante pour lui per- mettre de conserver la forme dans laquelle il est fa- çonné. On prévoit également une plaquette à circuits imprimés flexible dans laquelle on peut envisager le montage de composants lourds sans l'utilisation d'élé- ments de renforcement supplémentaires. D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront à et seront compris de l'homme de métier à la lecture de la description détaillée ci- après donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels des éléments identiques sont désignés par les mêmes chiffres de référence dans les différentes figu- res; dans ces dessins: la figure 1 est une vue partielle en perspec- tive éclatée d'une plaquette à circuits imprimés flexi- ble suivant la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation latérale de la plaquette à circuits imprimés flexible de la fi- gure 1; la figure 3 est une vue en plan par le dessus de la plaquette à circuits imprimés flexible de la fi- gure 1; la figure 4 est une vue latérale de la pla- quette à circuits imprimés flexible de la figure 1, pliée en une configuration en "S"; la figure 5 est une vue en perspective de la plaquette à circuits imprimés flexible de la figure 4; la figure 6 est un organigramme représentant les étapes de fabrication utilisées lors de la mise en oeuvre de la présente invention- la figure 7 est une vue en plan par le dessus de la plaquette à circuits imprimés de la figure 1, sou- mise à une morsure pour obtenir les configurations de circuits désirées sur une feuille de fabrication; la figure 8 est une vue en plan par le dessus des plaquettes à circuits imprimés de la figure 7, sou- mises à un poinçonnage à partir de la feuille de fabri- cation; et la figure 9 est une vue en perspective des pla- quettes à circuits imprimés de la figure 8, façonnées en une configuration à plusieurs plans. On se référera tout d'abord aux figures 1 et 2 qui illustrent la plaquette à circuits imprimés flexi- ble 10 de la présente invention Cette plaquette à cir- cuits imprimés 10 comprend un substrat renforcé de fi- bres 12 lamifié entre des feuilles conductrices de l'électricité 14 Dans la forme de réalisation préfé- rée, le substrat 12 est constitué d'un mélange non tis- sé de fibres de verre et de polyester formant une ban- 2 ( O de Cette bande non tissée est ensuite saturée avec un polymère tel qu'une résine époxyf formant ainsi une bande non tissée imprégnée de polymère L'épaisseur du substrat peut généralement se situer dans l'interval- le de 0,25 mm à 1,60 mm, mais, de préférence, dans l'in- tervalle de 0,38 mm à 0,76 mm De préférence, le sub- strat est lamifié entre des feuilles de cuivre dont l'épaisseur se situe dans lrintervalle allant de 0,015 mm à 0,76 mm, de préférence, d'une épaisseur de 0,035 mm ( 28,35 g de cuivre) Bien qu'une quantité de cuivre de 28,35 g ( 0,035 mm) puisse être préférée, on peut uti- liser, pour certaines applications, 56,7 g de cuivre ( 0,070 mm) et 14 g de cuivre ( 0,018 mm) La structure pourrait également être constituée d'une feuille de cuivre 14 lamifiée à une face du substrat 12. Bien que les matières utilisées dans les lami- fiés décrits ci-dessus ne soient pas nouvelles dans la technique, en ce sens que les substrats composites non tissés lamifiés à une ou deux feuilles de cuivre sont connus, les dimensions particulières détaillées ci- S dessus sont nouvelles et critiques pour la présente in- vention et el L'ss font en sorte que la plaquette à cir- cuits imprimés úlexible de la présente invention cons- titue un nouveau produit ayant des caractéristiques nou- velles et originales pour certaines applications dési- rées et indispensables. Des substrats lamifiés non tissés d'une épais- seur se situant dans l'intervalle allant de 0,10 mm à 0,25 mm et liés à 28,35 g ou 56,7 g de cuivre ont été utilisés pour des plaquettes à circuits imprimés flexi- bles classiques Toutefois, suivant la présente inven- tion, la combinaison exceptionnelle de la bande impré- gnée de polymère et de la couche de cuivre, conjointe- ment avec les dimensions et la composition décrites ci- dessus, permet d'obtenir une plaquette à circuits impri- més qui peut être pliée et façonnée en une configura- tion permanente à plusieurs plans sans fissuration ou plissement du substrat ou de la couche de cuivre La plaquette à circuits pliée dans plusieurs plans conser- vera ensuite sa courbure ou sa configuration lorsqu'el- le ne sera plus soumise aux forces de façonnage Les pliures doivent être courbes (en formant des rayons distincts), étant donné que des plis fortement angulai- res peuvent rompre la couche de cuivre et/ou craqueler le substrat Lorsqu'on utilise un revêtement de cuivre plus épais, soit 56,7 g ( 0,07 mm), les courbures doi- vent avoir un plus grand rayon afin d'éviter une dété- rioration à la fois du substrat et du revêtement de cuivre Le rayon doit être d'environ 6,35 mm pour un Iamifié constitué d'un substrat d'une épaisseur de 9,38 mm et d'une couche de cuivre de 28,35 g, et il doit être accru pour des lamifiés plus épais Le pliage ou la mise à forme peut être effectué à la température ambiante, encore que, en ce qui concerne le maintien d'une configuration précise, il puisse y avoir certains avantages à effectuer la mise à forme à des températu- res élevées. On se référera à présent aux figures 4 et 5 qui représentent une plaquette à circuits imprimés flexible 10 de la présente invention après son pliage en une configuration en "S" dans laquelle elle est prête à être montée dans un équipement électronique. Dès lors, tandis que l'utilisation des dispositifs à plaquettes dures classiques et de systèmes d'intercon- nexion correspondants pouvait nécessiter une multitude de pièces, l'utilisation de la présente invention exi- ge une pièce seulement Il est à noter que, bien qu'une seule plaquette à circuits flexible classique en une pièce puisse remplacer la configuration en "S" illustrée dans les figures 4 et-5, les problèmes énumé- rés et décrits précédemment pourraient néanmoins se po- ser. Les figures 6 à 9 illustrent le procédé de fa- brication, ainsi qu'un exemple d'une application prati- que et relativement complexe de la plaquette à circuits flexible de la présente invention En se référant à la figure 6, l'organigramme qui y est illustré, repré- sente les étapes de fabrication Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, le substrat 12 constitué d'un mélange non tissé de fibres de verre et de polyester est formé de la manière habituelle dans l'étape A Ensuite, la ban- de ainsi formée est saturée avec un polymère (habituel- lement une résine époxy) dans l'étape B, laquelle est suivie d'une étape de séchage C, de façon à éliminer tout excès de solvant résultant de l'étape de satura- tion Le substrat 12 est ensuite lamifié à des feuil- les conductrices (habituellement en cuivre) dans l'éta- pe D, formant ainsi des feuilles plates de plaquettes à circuits 20 En se référant à présent à la fois à l'étape E et à la figure 7, les feuilles de plaquettes à circuits 20 sont ensuite soumises à une morsure de la manière habituelle en vue d'obtenir une configura- tion de circuit électrique de n'importe quelle forme dé- sirée 22 Ces formes 22 sont ensuite soumises a un poin- çonnage, un forage ou un matriçage comme illustré dans l'étape F de la figure 8 afin de former des éléments de plaquettes à circuits imprimés plats et plans géométri- quement façonnés 24. Les étapes A à F de la figure 6 constituent le procédé de fabrication classique peu coûteux et bien connu pour la réalisation de plaquettes à circuits im- primés dures ou rigides Le traitement complémentaire suivant la présente invention, ainsi que le nouvel élé- ment perfectionné de cette dernière sont illustrés en fi- gure 9 et dans l'étape G dans laquelle les plaquettes à circuits imprimés poinçonnées de la figure 8 sont pliées ou façonnées en une configuration à plusieurs plans ou d'autres formes Ces plaquettes à circuits façonnées sont ensuite placées aisément dans l'équipe- ment désiré sans utiliser des interconnexions coûteuses pour plaquettes multiples ou craindre une non-rétention de la forme dans laquelle ces plaquettes sont installées. La présente invention se prête particulièrement bien à des applications impliquant une insertion automatique de composants. La mise à forme ou le pliage peut être effec- tué à la température ambiante ou à une température éle- vée et ce, manuellement ou à la machine Dès que l'élé- ment de circuit est formé, il conserve sa forme, ce qui est d'une importante primordiale dans la présente inven- tion Il a été déterminé que le maintien de la forme était le résultat de l'interaction et de la relation entre l'épaisseur de la feuille de cuivre 14 et du substrat 12, et les caractéristiques combinées de ces matières lamifiées. Dès lors, la plaquette à circuits imprimés de la présente invention est un élément de circuit apte au façonnage ou au pliage et qui combine essentielle- ment certains des avantages qu'offrent à 7 e eois les matières de plaquettes à circuits imprimés rigides et flexibles, notamment: ( 1) l'aptitude à un traitement sous forme d'une feuille, ce qui est utile pour les fabricants de pla- quettes dures qui procèdent habituellement de cette ma- nière; ( 2) des composants lourds peuvent être montés sur la structure relativement rigide sans faire appel à des éléments de renforcement supplémentaires tels qu'ils sont requis avec les plaquettes à circuits im- primés flexibles classiques; ( 3) la plaquette à circuits imprimés de la présen- te invention peut être achevée et-connectée dans le reste d'un système électronique en utilisant des con- necteurs de plaquettes à circuits imprimés classiques, et elle n'exige pas les connecteurs coûteux associés aux plaquettes flexibles; ( 4 > tout comme les plaquettes à circuits imprimés flexibles, l'aptitude à épouser la forme de l'espace disponible, ainsi qu'au pliage du circuit autour des coins; et ( 5) tout comme une plaquette dure, l'aptitude à conserver sa forme après installation. REVEND I CATI ONS 1 Matière de circuit imprimé comprenant une matière de substrat ( 12 > constituée d'une bande non tissée imprégnée d'un polymère, ainsi qu'au moins une feuille ( 14) de matière conductrice de l'électricité lamifiée à au moins une face de ce substrat ( 12 >, cet- te feuille conductrice de l'électricité avant une épaisseur se situant entre 0,015 mm et 0,07 mm, tandis que le lamifié de matière de substrat non tissée et de matière conductrice de l'électricité est à même d'être façonné en une forme permanente à plusieurs plans. 2 Matière de circuit imprimé suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat ( 12) a une épaisseur se situant entre 0,25 mm et 1,6 mm, tandis que la bande non tissée est constituée r 5 d'une combinaison de fibres de polyester et de fibres de verre. 3 Matière de circuit imprimé suivant la re- vendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le polymère est une résine époxy. 4 Matière de circuit imprimé suivant la re- vendication 2, caractérisée en ce que le substrat ( 12 > a une épaisseur se situant entre 0,38 mm et 0,76 mm. Matière de circuit imprimé suivant la re- vendication 1, caractérisée en ce que la feuille ( 14) de matière conductrice de l'électricité a une épaisseur de 0,035 mm - 6 Matière de circuit imprimé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la feuille ( 14) de matière conductrice de l'électricité est constituée de cuivre. 7 Matière de circuit imprimé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant deux feuilles ( 14) de matière conductrice de l'électricité lamifiées aux faces opposées du substrat ( 12). 8 Matière de circuit imprimé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la bande non tissée est constituée d'une combi- naison de fibres de polyester et de fibres de verre. 9 Procédé de formation d'une plaquette à circuits imprimés flexible semirigide, comprenant les étapes qui consistent à former une feuille de ma- tière de substrat en bande non tissée, saturer et ain- si imprégner cette bande non tissée avec une solution polymère, sécher la bande non tissée pour en éliminer tout excédent de solvant laissé par la solution polymè- re, lamifier une ou les deux faces de la bande non tis- sée avec des feuilles conductrices de l'électricité, soumettre les feuilles lamifiées conductrices de l'élec- tricité à une morsure pour former plusieurs dessins géométriques, découper au poinçon la feuille lamifiée et soumise à une morsure aux formes désirées, puis plier les feuilles lamifiées et soumises à une morsure ainsi découpées dans des configurations à plusieurs plans. 10 Procédé de formation d'une plaquette à circuits imprimés suivant la revendication 9, caracté- risé en ce que-la bande non tissée est constituée d'une combinaison de fibres de polyester et de fibres de verre. 11 Procédé de formation d'une plaquette à circuits imprimés suivant la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le polymère est une résine époxy. 12 Procédé de formation d'une plaquette à circuits imprimés suivant la revendication 9, caracté- risé en ce que le substrat a une,épaisseur se situant entre 0,38 mm et 0,76 mm. 13 Procédé de formation d'une plaquette à circuits imprimés suivant la revendication 9, caracté- risé en ce que la feuille de matière conductrice de l'électricité a une épaisseur de 0,035 mm. 14 Procédé de formation d'une plaquette à circuits imprimés suivant l'une quelconque des reven- dications 9 à 13, caractérisé en ce que la feuille de matière conductrice de l'électricité est constituée de cuivre. Plaquette à circuits imprimés compre- nant une matière de substrat { 12 > constituée d'une ban- de non tissée imprégnée d'un polymère, au moins un des- sin de circuit en une matière conductrice de l'élec- tricité ( 14) lamifiée à au moins une face de ce sub- strat, ce lamifié de matière de substrat et de matière conductrice de l'électricité étant façonné en une con- figuration à plusieurs plans conservant sa forme. 16 Plaquette à circuits imprimés suivant la revendication 15, caractérisée en ce que la bande non tissée est constituée deune combinaison de fibres de polyester et de fibres de verre. 17 Plaquette à circuits imprimés suivant la revendication 15, caractérisée en ce que le polymère est une résine époxy. 18 Plaquette à circuits imprimés suivant la revendication 15, caractérisée en ce que le substrat a une épaisseur se situant entre 0,38 mm et 0,76 mm. 19 Plaquette à circuits imprimés suivant la revendication 15, caractérisée en ce que la feuille de matière conductrice de l'électricité a une épais- seur de 0,035 mm. Plaquette à circuits imprimés suivant l'une quelconque des revendications 15 à 19, caracté- risée en ce que la feuille de matière conductrice de l'électricité est constituée de cuivre.