Brevet FR2550906A1 — publié le 19850222

l É 2550906 La présente invention se rapporte aux cartes de circuits imprimés, et concerne plus particulièrement une carte de circuits imprimés qui facilite l'enlèvement et le remplacement des composants. Il est courant de monter des composants électroniques complexes sur des cartes de circuits imprimés en introduisant des broches des composants dans des trous métallisés du circuit et en les soudant en position Les trous métallisés établissent norma10 lement des connexions entre les broches et de la matière conductrice faisant partie du circuit et située à des niveaux différents sur la carte qui est généralement fabriquée en epoxy chargé de verre. S'il est nécessaire d'enlever un composant, 15 par exemple pour le remplacer parce qu'il est défectueux, il s'avère que la chaleur utilisée pour fondre la soudure tend à provoquer une dilatation de la carte et des dommages aux circuits qu'elle porte. Le problème est particulièrement sérieux avec les composants en circuits intégrés modernes d'intégration à très grande échelle montés dans des boitiers à grilles de broches Le grand nombre des broches équipées de façon dense dans une telle grille (généralement plus de 100) nécessite que la soudure de toutes les broches 25 soit fondue simultanément si les opérations ne doivent pas être trop longues La grande quantité de chaleur qui est donc appliquée et l'épaisseur relativement grande de la carte, qui est nécessaire pour le grand nombre des interconnexions requises, accentuent le problème de dilatation et par conséquent, les dommages à la carte En outre, étant donné que ces composants sont coûteux, il est tout à fait souhaitable de reparer une carte, plutôt que de la jeter Il a donc été suggéré que la seule solution au problème était d'utiliser des douilles qui sont soudées dans la carte Les composants sont alors enfichés dans les douilles mais ce procédé augmente à la fois le prix et l'encombrement de la carte et peut diminuer la fiabilité. L'invention concerne donc une carte de circuits imprimés à couches multiples comprenant des couches alternées d'epoxy chargé de verre et de matière conductrice; une couche de polyimide chargée de verre sur une face de la carte de circuit et des surfaces conductrices sur la surface extérieure de la couche de polyimide chargée de verre pour la connexion à des 10 broches de connexion de composants, la disposition ayant pour effet de réduire le risque de dommages à la carte de circuits pendant l'enlèvement et le remplacement des composants montés sur elle. L'invention concerne également un procédé 15 de fabrication d'un ensemble de carte de circuits imprimés à couches multiples consistant essentiellement à former une pile en collant ensemble plusieurs couches d'epoxy chargées de verre portant des parties conductrices et une couche superposée de polyimide 20 chargée de verre portant des régions conductrices, y compris des surfaces de connexion sur sa face extérieure, à placer un composant comprenant des broches de connexion dans la carte de circuit de manière que certaines au moins des broches de connexion 25 engagent les surfaces de connexion et à souder les broches sur les surfaces de connexion. Il est avantageux qu'une couche pratiquement complète de matière conductrice soit disposée entre la couche de polyimide chargée de verre et la couche 30 voisine d'epoxy chargée de verre. De préférence, les couches de polyimide chargées de verre et d'epoxy chargées de verre sont cuites préalablement et collées en terminant la cuisson de feuilles de fibres imprégnées intercalées entre les 35 couches, une feuille de fibres imprégnées étant voisine de la couche pratiquement complète de la matière conductrice. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe d'une partie de la carte, montrant également une partie d'un composant monté, La figure 2 est une vue en plan, sans le composant, de la partie de la carte représentée sur 10 la figure 1, vue par le dessus, et La figure 3 est un diagramme montrant la disposition des trous dans une région d'une carte associée avec un composant individuel. Les figures 1 et 2 montrent donc une carte 15 désignée globalement par la référence 1 ? portant un composant 2 Le composant est un boitier à grille de broches comportant un grand nombre de broches (par exemple 135 ou 179) dont seule la broche 3 est représentée. La carte 1 est une carte à couches multiples dont toutes les couches ne sont pas représentées, et elle contient de la manière connue, de la matière conductrice en des couches intérieures, interconnectées par des trous métallisés L'un de ces trous, le trou 4 25 est représenté avec sa métallisation 5 Les couches intérieures peuvent être des plans de tension (c'est-àdire de masse ou d'alimentation) ou des plans de signaux Le plan 6 est par exemple un plan de tension qui consiste en une couche presque uniforme de matière 30 conductrice et qui est en contact avec certains trous mais qui est perforé pour permettre le passage d'autres trous sans contact Les plans de signaux contiennent différents rubans conducteurs, comme le ruban 7 représenté à titre d'exemple en contact avec la métal35 lisation 5 du trou 4 Il faut noter que de nombreuses autres couches peuvent être prévues pour une carte qui supporte des boitiers à grilles de broches. Les trous métallisés, comme le trou 4 ne reçoivent pas de broches d'un composant Ces broches sont reçues par des trous comme un trou 8 qui reçoit la broche 3 Ces trous ne comportent pas de métallisation sur leur paroi intérieure. L'entrée du trou 8 sur la face de la carte 1 opposée au composant 2 est entourée par une surface de connexion 9 La surface de connexion 9 est connectée par un conducteur 10 à une surface de connexion 11 entourant l'entrée du trou 4 et connectée à sa métallisation 5 Dans ce mode de réalisation, tous les autres trous non métallisés sont reliés de façon similaire à un trou métallisé. Une couche 12 de matière résistant à la soudure 15 est appliquée pour couvrir tous les trous métallisés mais en laissant exposées la surface de connexion 9 et toutes les autres surfaces de connexion autour des trous non métallisés. La masse de la carte est réalisée à partir 20 d'epoxy chargé de verre dans lequel sont situées les couches conductrices La limite de l'epoxy chargé de verre est le plan de tension 6 sur l'autre côté duquel se trouve une couche de polyimide chargée de verre 13. Pour monter un composant, ces broches sont 25 introduites dans les trous non métallisés et la face contenant la surface de connexion 9 et les surfaces similaires est déplacée par rapport à une vague de soudure au plomb-étain qui laisse un cordon 14 de soudure connectant la surface de connexion 9 à la broche 3 et connectant de façon similaire les autres broches de la carte La soudure ne pénètre pas dans les trous non métallisés dans une mesure appréciable et elle est maintenue en dehors des trous métallisés par la couche 12 résistant à la soudure qui se comporte 35 également comme une barrière thermique. S'il y a lieu d'enlever un composant, la carte est suspendue au-dessus d'une vague de soudure plomb-étain, la soudure de toutes les broches du composant est fondue et le composant est enlevé. Quand le composant a été enlevé, la soudure courtcircuitant les trous est élgèrement soufflée avant qu'elle ne soit solidifiée en utilisant de l'air qui peut être chauffé Avec les trous ainsi libérés, un composant de remplacement peut alors être introduit et soudé en position Si cela est nécessaire, le composant d'une position donnée peut être changé un certain 10 nombre de fois Il apparaît ainsi qu'une réparation ou une modification économique de la carte est facilitée. Il est apparu qu'un boitier à grille de broches peut être désoudé et enlevé en un temps de 3 à 5 secondes et avec des dommages négligeables à la carte Cela peut se comparer au cas o les broches du boitier sont soudées dans les trous métallisés d'une carte qui est construite en epoxy chargé de verre diélectrique. Il est apparu qu'il fallait quelques dix secondes pour fondre la soudure et même si la soudure de chaque broche est fondue individuellement et éliminée par aspiration, des dommages sont produits dans un nombre considérable de trous Les dommages consistent habituellement en des surfaces de connexion qui se soulèvent le long de leur périphérie et éventuellement 25 en des ruptures des joints entre des couches conductrices intérieures et la métallisation des trous. Il en est ainsi car la durée pendant laquelle la carte est exposée à la température de la soudure plombétain fondue ( 220 C à 250 OC) associée avec le trajet 30 efficace de conduction de chaleur offert par la soudure dans les trous entrainent que la température de l'epoxy chargé de verre à l'intérieur de la carte s'élève au-dessus de sa température de transition à C Au-dessus de cette température, sa dilatation 35 augmente rapidement et la dilatation de l'epoxy chargé de verre dans la direction de l'épaisseur de la carte est supérieure à la dilatation de la matière conductrice. En même temps, l'adhérence entre la matière conductrice (normalement du cuivre) et l'epoxy chargé de verre est considérablement réduite. La fonction de la couche 13 de polyimide chargée de verre, sera maintenant expliquée Le polyimide chargé de verre a une température de transition de 260 C à 280 C Il subit par conséquent une perte minimale d'adhérence aux surfaces de connexion à la température de 220 C à 250 C de la vague de soudure et les surfaces de connexion ont une bonne adhérence sur la couche de polyimide chargée de verre. Par conséquent, elles ne se soulèvent pas de façon appréciable même si elles n'ont plus l'accrochage précédemment assuré par la métallisation intérieure. 15 Mais la masse de la carte est en epoxy chargé de verre qui est moins cher que le polyimide chargé de verre, ce qui réduit le prix total de la carte. Des plaques de polyimide chargées de verre revêtues de cuivre sont disponibles comme un article 20 commercial Cela permet de fabriquer de façon simple la carte de la figure 1 Les plaques nécessaires d'epoxy chargé de verre sont préparées de la manière habituelle utilisée pour la fabrication des cartes à plusieurs couches D'une façon similaire, une carte de polyimide 25 chargée de verre reçoit la configuration du plan de tension 6 Ces plaques sont assemblées en une pile avec le polyimide chargé de verre comme une couche extérieure et le plan 6 tourné vers l'intérieur. Les plaques sont intercalées avec des feuilles de fibres 30 imprégnées (en epoxy chargé de verre partiellement cuit) et l'ensemble est collé par chauffage pour terminer la cuisson, ce qui ne nécessite que des températures plus basses et des temps plus courts, appropriés à l'epoxy chargé de verre, que ceux nécessaires pour le 35 polyimide chargé de verre Il faut noter que le plan 6 est ainsi collé sur l'une des feuilles de fibres imprégnées et qu'aucune région substantielle d'epoxy chargé de verre et de polyimide chargé de verre ne sont en contact, ce qui élimine les problèmes qui peuvent apparaître s'il y a lieu de compter sur des joints entre ces matières Les configurations conductrices extérieures sont ensuite définies et les trous à métalliser sont percés La carte est alors métallisée, après quoi, les trous non métallisés sont percés et la couche résistant à la soudure est appliquée. La figure 3 illustre une disposition possible des trous pour un boitier à grille de broches comportant des broches en 4 carrés concentriques Les trous non métallisés 20 pour ces broches, similaires aux trous 8, sont dans une région 21 Chacun de ces trous est relié 15 avec un trou métallisé 22 associé similaire au trou 4, et à l'intérieur ou à l'extérieur de la région 21. Il faut noter que quelques trous seulement ont été représentés sur la figure 3 Il est préférable de connecter chaque trou métallisé par une liaison avec un trou métallisé dans l'intérêt d'une conception systématique, mais éventuellement des conducteurs peuvent être placés en ligne droite depuis un trou non métallisé (c'est-àdire une broche) vers un autre, par exemple sur un autre composant ou un connecteur de bord. A titre d'exemple de dimensiors qui conviennent, la carte peut avoir une épaisseur de 2,896 mm, la couche de polyimide, une épaisseur de 0,127 mm, les couches conductrices, une épaisseur de 0,0356 mmn et la couche résistant à la soudure une épaisseur de 0,0508 30 à 0,0762 mm Les broches peuvent faire saillie de 1,016 à 2,032 mm sur la surface de la carte. Il s'est avéré qu'une carte composite d'epoxy chargé de verre avec une couche extérieure de polyimide chargé de verre de la manière décrite cidessus est 35 moins sujette à des dommages lorsqu'un composant est enlevé qu'une carte entièrement en epoxy chargé de verre même si les broches sont soudées dans des trous métallisés Il est alors possible dans certaines 8 2550906 applications, particulièrement si la carte est relativement mince, par exemple jusqu'à 1,5 mm d'épaisseur, d'enlever un composant monté de cette manière en aspirant la soudure des broches indivi5 duelles, et ceci avec des dommages acceptables. Bien que la couche résistant à la soudure et barrières thermiques augmente la protection de l'intégrité de la carte, elle peut être supprimée dans des applications o la sécurité des connexions 10 à l'intérieur des trous n'est pas essentielle. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au mode de réalisation décrit et illustré à titre d'exemple nullement limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 15 9 as 2550906 REVENDICATIONS 1 Carte de circuit imprimé à couches multiples comprenant des couches alternées d'epoxy chargé de verre et de matière conductrice, caractérisée en ce qu'une couche de polyimide chargé de verre ( 13) 5 est prévue sur une face de la carte de circuit ( 1) et des surfaces de connexion ( 9) sont disposées sur la face extérieure de la couche de polyimide chargé de verre ( 13) pour la connexion à des broches ( 3) de connexion de composants, la disposition ayant pour effet de réduire le risque de commages à la carte de circuit pendant l'enlèvement et le remplacement des composants montés sur elle. 2 Carte de circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisée en ce que des trous ( 8) traversent 15 les couches de la carte de circuit ( 1) et traversent les surfaces de connexion ( 9), la disposition des trous ( 8) étant agencée pour recevoir les broches de connexion ( 3). 3 Carte de circuit imprimé selon la reven20 dication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'une couche pratiquement complète de matière conductrice ( 6) est prévue entre la couche de polyimide chargé de verre ( 13) et la couche d'epoxy chargé de verre voisine. 4 Procédé de fabrication d'un ensemble de 25 cartes de ciruit imprimé à couches multiples en collant ensemble, pour former une pile, plusieurs couches d'epoxy chargé de verre portant des parties conductrices, procédé caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à coller une couche de recouvrement 30 de polyimide chargé de verre ( 13) sur la pile, la couche ( 13) portant des surfaces de connexion ( 9) sur sa face extérieure, à disposer un composant ( 2) comprenant des broches de connexion ( 3) sur la carte de circuit ( 1) de manière que certaines au moins des broches ( 3) engagent lesdites surfaces de connexion ( 9) É 550906 et à souder les broches ( 3) sur les surfaces de connexion ( 9). Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à former des 5 trous ( 8) dans les couches collées pour recevoir lesdites broches de connexion ( 3), certains au moins des trous ( 8) traversant les surfaces de connexion ( 9), à disposer le composant ( 2) sur la carte de circuit ( 1) de manière que ces broches de connexion ( 3) passent dans 10 les trous ( 8) et que les extrémités des broches ( 3) fassent saillie sur les surfaces de connexion ( 9) et à souder les extrémités en saillie des broches ( 3) sur les surfaces de connexion ( 0).