Brevet FR2536945A1 — publié le 19840601

La présente invention concerne des plaquettes de circuit électronique et, plus particulièrement, un nouveau procédé de fabrication d'une plaquette de circuit imprimé ayant une forme voulue - Les procédés connus de fabrication par lots des plaquettes de circuit imprimé ont tendance à être les plus efficaces avec un substrat plat La plupart des dispositifs de fabrication de circuits imprimés tels que les imprimantes par sérigraphie, les machines automatiques d'insertion de pièces, les machines de soudage à la vague et les fours de séchage et de cuisson, normalement, ne peuvent être utilisés qu'avec des plaquettes de circuit imprimé ayant un substrat plat Cependant, les plaquettes de circuit imprimé doivent souvent avoir une forme prédéterminée autre que plate et la plupart des techniques conventionnelles de fabrication des plaquettes de circuit imprimé ne permettent pas de mettre en forme la plaquette après avoir fabriqué le circuit et monté les pièces dessus Par exemple les plaquettes de circuit im- primé classiques en verre-époxy ou les plaquettes phénoli- ques ne peuvent être cintrées de manière importante sans fissuration et ne conservent pas une forme courbe même si leur courbure est faible Des substrats similaires tels que l'acier ou l'aluminium revêtu de porcelaine sont, par essen- ce, complètement rigide et se briseront si on les cintre un 2 - tant soit peu Bien qu'il existe des techniques de fabrica- tion de circuits flexibles utilisant des matériaux de substrat en feuille plastique, les substrats flexibles ré- sultants n'ont pas une rigidité suffisante pour conserver une forme particulière et on doit les munir en général d'un deuxième élément de substrat pour maintenir la forme des circuits flexibles. Il est par conséquent souhaitable de réaliser une plaquette de circuit imprimé sur laquelle on peut monter les motifs conducteurs et les composants électroniques quand la plaquette a une forme plate et qui permet un cintrage ulté- rieur du substrat pour obtenir une forme voulue sans aucun dommage pour le substrat, les conducteurs ou les composants. Selon la présente invention, on fabrique une pla- quette de circuit imprimé par réalisation d'une couche d'isolation flexible sur au moins une surface d'élément de substrat conducteur rigide et cintrable, formation d'un mo- tif de conducteurs sur une surface libre de la couche d'iso- lation; montage des composants sur le motif conducteur et ensuite cintrage du substrat plat jusqu'à la forme voulue sans dommage pour le motif conducteur et les composants se trouvant dessus. En conséquence, la présente invention a pour but de réaliser un nouveau procédé pour donner une forme voulue à une plaquette de circuit imprimé à partir d'un substrat plat. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent, respectivement: figure 1, une vue en perspective d'un substrat de plaquette de circuit imprimé plat et les conducteurs et composants se trouvant dessus, avant l'achèvement du procédé de la présente invention; figure 2, une vue en bout du substrat de la fi- gure 1 pendant la mise en forme dans une forme voulue, selon les principes de la présente invention; et 3 - figure 3, une vue en perspective partiellement éclatée d'une plaquette de circuit imprimé mise en forme selon la procédé de la présente invention - En liaison avec les figures, on fabrique une pla- quette de circuit imprimé à partir d'un substrat 11 initia- lement plat, formé d'un matériau qui conservera sa forme après une opération de mise en forme On utilise, de manière avantageuse un matériau de substrat conducteur tel que l'acier, l'aluminium, le cuivre ou analogue On forme sur une surface lla du substrat conducteur une couche 12 de ma- tériau isolant Le matériau de la couche isolante 12 doit être suffisamment flexible pour permettre la mise en forme après avoir été appliqué sur la surface lla du substrat plat; avoir suffisamment d'aptitude pour supporter une ten- sion en tant que diélectrique pour supporter les tensions de fonctionnement de l'application proposée du circuit imprimé avec une marge de sécurité adéquate et ceci pour l'épaisseur de la couche isolante; adhérer convenablement au substrat 11 et fournir une base à laquelle les conducteurs du circuit imprimé peuvent eux-mêmes adhérer; et conserver les caracté- ristiques précédentes pendant les autres étapes nécessaires du traitement, telle que le durcissement des couches ulté- rieures du circuit et le soudage des composants aux conduc- teurs du circuit, ainsi que supporter les contraintes ther- miques et celles dues à l'humidité pendant la durée de vie de la plaquette de circuit imprimé à former Les matériaux isolants actuellement recommandés comportent les polyimides, les amides-imides, les résines polyétherimides Ultem R et les résines époxy assouplies Le matériau isolant choisi peut être appliqué au rouleau sur la surface lla du substrat ou peut être sérigraphé seulement sur les zones de la surfa- ce lla o cela est nécessaire, du fait du coût relativement- élevé de ces matériaux Cependant, ces matériaux peuvent supporter en tant que diélectriques des tensions d'environ 160 OOOV par mm d'épaisseur et présentent aussi une excel- 4 - lente adhérence avec les substrats de cuivre, aluminium et *acier, avec une souplesse de formage adéquate On peut aussi utiliser d'autres vernis pour fils à hautes performances. Après avoir fabriqué et durçi de manière appropriée la couche diélectrique 12, on fabrique un motif de conducteurs 14, c'est-à-dire les segments conducteurs 14 a-14 d, sur la surface libre de dessus 12 a de la couche On fabrique, dé manière avantageuse les conducteurs 14 par rem- placement avec excès du cuivre sur la surface par une encre chargée de poudre métallique. Après fabrication du motif conducteur souhaité 14 du circuit; on fixe au moins un des composants 16 du circuit par dépôts de soudure 18 ou analogue Le composant 16 peut comporter des composants sous forme de puces tels que les condensateurs, résistances et analogues' des circuits inté- grés et des transistors, assemblés ou sous forme de pastil- les, et d'autres composants nécessaires ayant leurs conduc- teurs liés, de n'importe quelle-manière souhaitée, aux con- ducteurs appropriés -14 On admettra que, bien que la figure 1 représente un seul circuit électronique, on puisse obtenir de multiples circuits fabriqués par lots en imprimant le mo- tif conducteur 14 sous forme de réseau sur un substrat de grande surface et en séparant ensuite chaque circuit dis- tinct terminé du réseau. Après séparation d'un réseau fabriqué par lots, on met en forme à la forme voulue une plaquette 10 de circuit imprimé électronique distincte (figure 2) A titre d'illus- tration, la forme voulue est celle d'un tube hexagonal ayant les conducteurs 14 et les composants 16 placés sur sa surfa- ce intérieure Il est souhaitable d'utiliser une forme ayant de plusieurs côtés avec une surface plane, plutôt qu'une forme tubulaire ayant une courbure continue, pour obtenir des surfaces plates o l'on peut monter des grandes pastil- les et des composants de circuits intégrés, pour empêcher les contraintes de flexion de rompre les connexions avec ces composants On laisse sans composants une surface de la pla- quette de circuit imprimé 10 adjacente à un bord llb du substrat, pour l'insérer dans une fente de fixation 20 a d'un outil de mise en forme 20 Comme représenté, pour former la plaquette de circuit imprimé hexagonale 10 ' (figure 3), l'outil 20 a une forme hexagonale correspondante On réalise des découpes 20 b sur les surfaces de l'outil de mise en forme pour recevoir les composants 16 fixés aux connecteurs de la plaquette de circuit imprimé Ainsi, après insertion de l'extrémité llb du substrat dans la fente 20 a de l'outil de mise en forme; on fait tourner l'outil 20 dans le sens de la flèche A, et un élément 22 ap plique une pression, dans le sens de la flèche B contre la surface inférieure llc du substrat pour cintrer le substrat le long de la ligne lld et obtenir la forme finale voulue de la plaquette de circuit imprimé. A titre d'exemple seulement, on a fabriqué une plaquette de circuit imprimé 10 ' sous forme d'un tube hexa- gonal en revêtant un substrat d'acier 1 l propre, mais par R ailleurs non traité, avec le vernis isolant Pyre MLR de du Pont, en utilisant une tige bobinée avec du fil de 1,Smm. Le substrat revêtu est ensuite durci par séchage à 1500 C pendant 10 min, puis cuit pendant 20 min à 2000 C avec une cuisson finale de 20 min à 3001 C pour finir la fabrication de la couche isolante 12 sur le substrat 11. Ensuite, on imprime les conducteurs 14 sur le substrat isolant en utilisant une encre conductrice dans la- quelle on a mélangé 6,66 g de résine d'isolation de polyi- mide Pyre MLR avec 20 g d'une poudre métallique La poudre métallique est constituée par environ 70 pourcent en poids de poudre de nickel et d'environ 30 pourcent en poids de poudre de fer, tous les deux ayant une taille de particule d'environ 0,044 mm L'encre conductrice ainsi formée est alors sérigraphée-pour former le motif conducteur souhaité. Le motif d'encre est ensuite séché pendant 10 min à 1500 C et -6- durci par une cuisson de 15 min à 2000 C et une cuisson de 20 min à 3000 C Le substrat isolé avec son motif conducteur est alors trempé dans une solution de sulfate de cuivre et une couche adjacente de cuivre est formée sur l'encre conductri- ce du motif On imprime une encre résistive sur les conduc- teurs pour former les éléments résistants imprimés Le subs- trat résultant, de 5,08 cm x 7,62 cm, est ensuite cintré autour d'une forme hexagonale pour donner à la plaquette de circuit imprimé 10 ' terminée la forme vou lue Des mesures effectuées sur les conducteurs ne mon traient pas de changement notable de la résistance dû au cintrage -7- R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé de fabrication d'une plaquette de cir- cuit imprimé de forme voulue, caractérisé en ce qu'il con- siste à a) réaliser un substrat ( 11) rigide et cintrable ayant au moins une première surface (la): b) fabriquer une couche isolante flexible ( 12) sur la première surface de substrat ( 11); c) former un motif conducteur ( 14) sur la surface libre de la couche d'isolation; et d) ensuite mettre en forme le substrat ( 11) à la forme voulue sans endommager la couche isolante ( 12) et le motif conducteur ( 14) se trouvant dessus. 2 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste en outre à monter des composants ( 16) sur le motif conducteur ( 14) avant de donner au substrat de la plaquette de circuit imprimé la forme voulue. 3 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le substrat ( 11) est un élément conducteur. 4 Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le substrat ( 11) est formé par un matériau choisi dans le groupe constitué par l'acier, l'aluminium et le cui- vre. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la couche isolante flexible ( 12) est un vernis pour fils. 6 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau isolant est choisi dans le groupe consti- tué par les polyimides, les amide-imides, les résines polyé- therimides et les résines époxy assouplies. 7 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape c) consiste à réaliser une encre conductrice comprenant une quantité d'une composition métallique en poudre dans un po- lymère durcissàble; 8 - déposer l'encre suivant le motif souhaité; et faire agir par contact une solution choisie avec la surface de l'encre pour déposer une couche contiguë d'un matériau conducteur sur la surface de l'encre. 8 Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape d) consiste en outre à: réaliser un outil de mise en forme ( 20) compor- tant une fente ( 20 a); placer un bord (llb) du substrat ( 11) de la pla- quette ( 10) de circuit imprimé dans la fente ( 20 a) de l'ou- til de mise en forme; et faire mettre en forme par l'outil le substrat ( 11) de la plaquette de circuit imprimé pour obtenir la forme voulue. 9 Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que l'étape de mise en forme consiste à faire tourner l'outil de mise en forme; et à appliquer une pression sur le substrat pour cintrer le substrat ( 11) autour de l'outil à la forme voulue. 10 Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il consiste en outre à fixer des composants ( 16) sur le motif conduc- teur ( 14) sur la surface de la couche isolante ( 12) avant la mise en forme; et - à réaliser des découpes ( 20 b) sur la surface de l'outil de mise en forme ( 20) pour recevoir les composants ( 16) pendant la mise en forme du substrat ( 11). 11 Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que la forme voulue est une courbe fermée et en ce qu'il consiste à réaliser une partie au moins du motif con- ducteur ( 14) et des composants ( 16) fixés sur ce dernier, sur l'intérieur de la plaquette ( 10 ') de circuit imprimé ayant la forme d'une courbe fermée.