Brevet FR2562335A1 — publié le 19851004

I P-DSF-34/FR Circuit multicouche flexible avec connexions entre couchl.s soudées par voie ultrasonique. La presente invention concerne le domaine tles connexions de circuits électriques. Plus particu- lièrement, la présente invention concerne des inter- connexions entre des circuits multicouches flexibles, ces derniers étant constitués de traces ou de dessins de circuits formés sur des substrats polymères iso- ]ants. On connait des circuits multicouches flexi- bles qui sont fabriqués selon la technologie des pel- licules polymères épaisses. Ces circuits comprennent des feuilles de matière polymère flexible pour sub- strats, sur lesquelles sont tracés des dessins de cir- cuits. Les matières de substrats isolants peuvent être, par exemple, une matière plastique à base de polyester telle que le "Mylar" ou d'autres matières plas- tiques isolantes connues, tandis que les traces conductri- ces peuvent être une pâte ou une encre conductrice, ou encore du cuivre ou d'autres matières de traces conduc- trices normalisées pour circuits flexibles et claviers à membrane. Il est souvent souhaitable d'interconnec- ter deux couches de circuit flexible qui se font face. il existe trois procédés principaux qui sont adoptés couramment pour assurer cette interconnexion. Un de ces procédés consiste a former un revêtement conforme de matière isolante sur les traces appropriées, puis utiliser une encre conductrice pour fermer le raccorde- ment entre les deu.. couches par traversée de la matière isolante. Un deuxième Procédé consiste à séparer les traces conductrices au moyen d'une couche isolante non conductrice et à établir les raccordements par dépôt électrolytique a travers des trous pratiqués dans la couche isolante aux endroits appropriés. Un troisième procédé consiste à séparer les traces conductrices au moyen d'une couche isolante non conductrice, sauf dans les zones ou des connexions doivent être effectuées, des raccordements étant ensuite établis à l'interven- tion de sertissures métalliques qui passent à travers les deux couches conductrices du circuit et maintien- nent un contact entre les traces conductrices à raccor- der. Ces procédés posent des problèmes de fiabilité dus à une migration à travers le revêtement conforme de matière isolante, et/ou aux vides que constituent les trous de part en part pratiqués dans la matière conductrice, et/ou aux raccordements médiocres assurés par sertissage. De même, ces procédés exigent des ma- tières coûteuses et/ou des étapes de traitement. Il existe un besoin reconnu concernant une structure et un procédé d'interconnexion durables, fia- bles et relativement peu coûteux dont on ne dispose pas jusqu'à présent dans la technique. La présente invention permet d'éliminer ou d'atténuer les problèmes précités de la technique anté- rieure. Suivant la présente invention, on prévoit une configuration de circuit multicouche comprenant: une première couche de circuit sur laquelle est appliquée au moins une première trace conductrice; une seconde couche de circuit sur laquelle est appliquée au moins une seconde trace conductrice; ces première et seconde traces étant disposées face à face; ces première et seconde traces conductrices com- portant chacune une borne de raccordement élargie de configuration prédéterminée à des emplacements oppo- ses; et des soudures ultrasoniques interconnectant les premiere et seconde traces à l'emplacement des bornes de raccordement élargies. Les bornes de raccordement sont de configura- tien spéciale afin d'établir un contact fiable et peormanent. Le circuit multicouche flexible inter- connecté ainsi obtenu est fiable et relativement peu couteux. I1 a également été déterminé que des dessins d'interconnexion spécifiques contribuaient à amélio- rer la fiabilité et la sécurité de fonctionnement. On se référera à présent aux dessins annexés dans lesquels des éléments identiques sont désignés Jú o par les memes chiffres de référence dans les différen- tes figures; dans ces dessins: la figure 1 est une vue schématique éclatée illustrant un circuit multicouche suivant la présente invention; ] 5 la figure 2 est une vue schématique éclatée illustrant un autre circuit multicouche suivant la présente invention; la figure 3 est une vue en élévation latérale du circuit multicouche de la figure 2; 3'i les figures 4A, 4B, 4C, 4D et 4E illustrent des configurations d'interconnexion spécifiques sui- vant la présente invention; les figures 5-5C illustrent un circuit replié avec les couches supérieure et inférieure raccordées l'une à l'autre au moyen d'un dessin d'interconnexion spécial suivant la présente invention. La figure 5 est une vue en plan par le dessus du circuit replié; la figure 5A est une vue partielle en élévation laté- rale; la figure 5B illustre un bord avant (vu de l'ex- ( trémité de droite de la figure 5); et la figure 5C il- lustre un agrandissement de la zone d'interconnexion. On se référera tout d'abord à la figure 1 qui illustre un circuit multicouche 10 par une vue éclatée. Cu circuit multicouche 10 comporte une feuille infé- eCure 12, une feuille superieure 14 et une feuille intermédiaire isolante d'écartement 16. La feuille inférieure de circuit 12 comporte, sur sa surface su- périeure, des traces conductrices 18 et 20 qui se ter- minent par des bornes de raccordement 22 et 24. A ti- tre purement illustratif, une autre trace conductrice 26 est illustrée sur la feuille de circuit 12 entre les traces conductrices 18 et 20. Toutefois, la pré- sence de cette trace conductrice 26 rend impossible le raccordement des traces 18 et 20 sur la feuille de cir- cuit 12; dès lors, si l'on désire interconnecter les traces 18 et 20, l'interconnexion doit être effectuée via la feuille supérieure de circuit 14. La surface inférieure de la feuille de cir- cuit 14 (c'est-à-dire la surface tournée vers la feuil- le 12) comporte une trace conductrice 28 avec des bor- nes de raccordement 30 et 32 qui sont alignées,respec- tivement, avec les bornes de raccordement 22 et 24 for- mées sur la surface supérieure de la feuille de cir- cuit 12. La trace conductrice 28 est représentée par une ligne brisée ou discontinue simplement pour indi- quer qu'elle se trouve sur la surface inférieure de la feuille 14. De même, la couche isolante d'écartement 16 comporte deux ouvertures 34 et 36 qui sont alignées avec les bornes de raccordement 22 et 30, ainsi qu'avec les bornes de raccordement 24 et 32 respectivement. Pour assembler le circuit multicouche de la présente invention, les couches de circuit 12 et 14, ainsi que la couche isolante de séparation 16 sont réu- nies dans l'alignement illustré en figure 1, de telle sorte que les traces de circuit soient dirigées l'une vers l'autre en étant séparées par la couche isolante 16. Dans cet alignement, la borne de raccordement 22 est alignée avec la borne de raccordement 30 via l'ou- verture 34, tandis que la borne de raccordement 24 est alignée avec la borne de raccordement 32 via l'ouver- turt 36. Les feuilles sont réunies en un assemblage dans lequel la feuille d'écartement 16 est intercalée entre les feuilles de circuit 12 et 14. Les trois tfeuilles de l'assemblage peuvent éventuellement être liées l'une à l'autre à l'aide d'un adhésif en des points sélectionnés. L'interconnexion électrique entre les bornes de raccordement 22 et 30, ainsi qu'entre les bornes de raccordement 24 et 32 est effectuée en soudant les bor- nes de raccordement alignées l'une à l'autre par voie ultrasonique via les ouvertures respectives de la feuille 16. La structure obtenue est un circuit multi- couche interconnecté avec un système d'interconnexion durable, fiable et relativement peu coûteux. L Le procédé et le système d'interconnexion de la présente invention offrent une liberté de conception inconnue jusqu'à présent dans le domaine de l'inter- connexion des circuits multicouches. On peut sélection- ner et faire varier l'emplacement et la disposition /, des points d'interconnexion en fonction des nécessités Je conception sans se preoccuper des implications et des complications qui, dans d'autres conditions, pour- raient résulter des systèmes d'interconnexion de-la technique antérieure tels qu'un dépôt électrolytique à 2 travers des trous et des revêtements conformes. De plus, le système d'interconnexion de la présente in- vention se prête particulièrement bien à la conception d'interconnexions spécialement fiables. A cet effet, plusieurs schémas d'interconnexionet de bornes de rac- :( cordemenu particulièrement préférés sont illustrés dans les figures 4A-4E. Les figures 2 et 3 illustrent la présente in- vention utilisée pour interconnecter des couches de circuits qui, dans la technique antérieure, étaient J5 spécifiquement raccordées par des connecteurs sertis. Dans cette forme de réalisation, un circuit multi- couche 50 comporte une feuille inférieure 52, une feuille supérieure 54 et une feuille isolante d'écar- tement 56. La feuille inférieure de circuit 52 com- porte des traces conductrices 58, tandis que la feuil- le supérieure de circuit 54 comporte des traces con- ductrices 60. Les segments de circuit à interconnec- ter peuvent être, par exemple, des zones de terminai- son de circuits flexibles. lu Comme le montre plus clairement la figure 3, la couche isolante 56 se termine à une courte distance de l'extrémité de la couche de circuit 52, de telle sorte que les traces conductrices 58 et 60 soient expo- sées les unes aux autres à des endroits qui se font face. Dans une structure spécifique de la technique antérieure, des connecteurs sertis coûteux pourraient être utilisés pour interconnecter les feuilles de cir- cuit 52 et 54 dans la zone o les traces 58 et 60 sont exposées les unes aux autres, établissant ainsi un contact électrique entre les traces conductrices des deux feuilles de circuit. Suivant la présente inven- tion, les traces conductrices exposées et qui se font face, sont interconnectées par des soudures ultrasoni- ques en vue de la distribution d'énergie ou de signaux d'une feuille de circuit à l'autre, supprimant ainsi les connecteurs sertis coûteux, tout en assurant une interconnexion positive et fiable. Il est entendu que la présente invention ne concerne pas uniquement la structure élémentaire d'une interconnexion par soudure ultrasonique. La pré- sente invention a également pour objet des configura- tions d'interconnexion spécifiques dans la zone de la soudure. Lorsqu'on procède à la soudure ultrasonique, il convient de prendre des précautions pour avoir la J5 garantie que cette dernière n'entrave pas les fonc- tions du circuit, par exemple, en modifiant la résis- tance de ce dernier. A cet effet, suivant la présen- te invention,]a configuration des traces de circuit a interconnecter est modifiée dans la zone o la sou- dure doit être effectuée. Les figures 4A-4E illus- trent plusieurs modifications de traces de circuit. Dans chacune des figures 4A-4E, la trace de circuit 70 est élargie dans la zone de la borne de raccordement 72 o la soudure ultrasonique 74 est située. On compren- dra que les deux traces de circuit à interconnecter (par exemple, les traces inférieure et supérieure 18, de la figure 1 ou les traces inférieureset supé- rieures58, 60 de la figure 3) seront spécifiquement configurées de manière semblable dans la zone de la borne de raccordement. Bien que l'élargissement de la borne de rac- cordement puisse prendre plusieurs formes (par exemple, celle illustrée dans les figures 4A-4E ou d'autres con- figurations), le paramètre de base de la borne de rac- cordement élargie est étudié de telle sorte qu'il n'al- tère pas la résistivité ou d'autres paramètres élec- triques des traces à raccorder. Les figures 5-5C illustrent un circuit spéci- fique replié 80 (tel qu'il est utilisé couramment dans ) un clavier à circuit flexible) comportant une couche inférieure 82 et une couche supérieure 84 interconnec- tees par une soudure ultrasonique suivant la présente invention. La feuille inférieure de circuit 82 compor- te des traces conductrices 86 sur sa surface supérieure, 3) tandis que la feuille supérieure de circuit 84 comporte des traces conductrices 88 sur sa surface inférieure. Pour simplifier l'illustration, ces traces conductrices sont représentées uniquement dans la zone en bout ou de terminaison o un raccordement doit être effectué, mais on comprendra qu'elles se prolongent selon les dessins souhaités sur le reste des feuilles. Les feuilles de circuit supérieure et inférieure sont séparées par une feuille isolante d'écartement 90, sauf dans la zone o des connexions par soudure ultrasonique doi- vent être réalisées (ou des trous peuvent être prati- qués dans la feuille d'écartement à l'emplacement de la soudure). Comme le montre plus clairement la figure 5, les traces de circuit (à la fois les traces 86 et les traces 88) sont élargies en 92 et elles sont intercon- nectées à l'emplacement de l'élargissement au moyen d'une soudure ultrasonique 94. De la sorte, un cou- rant ou un signal passant dans les traces 86 est ache- miné aux traces connectées respectives 88. REVENDICATIONS 1. Configuration de circuit multicouche coniprenant; une première couche de circuit (12) sur laquelle est appliquée au moins une première trace conductrice (18); une seconde couche de circuit (14) sur laquelle est appliquée au moins une seconde trace conductrice (28); ces première et seconde traces étant disposées face à face; ces première et seconde traces conductrices com- portant chacune une borne de raccordement élargie (22), (30) de configuration prédéterminée à des emplacements opposes; et des soudures ultrasoniques interconnectant les première et seconde traces (18), (28) à l'emplacement des bornes de raccordement élargies (22), (30). 2.Configuration de circuit multicouche sui- vant la revendication 1, caractérisée en ce que les bornes de raccordement ont une configuration etudiée pour répondre au paramètre selon lequel le rac- cordement électrique est effectué sans altérer les ca- ractéristiques électriques des traces. 3. Configuration de circuit multicouche sui- vant la revendication 1, caractérisée en ce que les bornes de raccordement ont une configuration étudiée pour effectuer le raccordement électrique sans altérer la résistance des traces. 4. Configuration de circuit multicouche sui- vant l'une quelconque des revendications 1 à 3, carac- terisée en ce que la configuration prédéterminée précitée est une zone élargie formée sur les traces conductrices. 5. Configuration de circuit multicouche sui- rant la revendication 4, caractérisée en ce que la zone élargie (72) est rectangulaire. 6. Configuration de circuit multicouche sui- vant la revendication 4, caractérisée en ce que la zone élargie (72) est courbe. 7. Configuration de circuit multicouche sui- vant la revendication 4, caractérisée en ce que la zone élargie (72) est circulaire. 8. Configuration de circuit multicouche sui- vant l'une quelconque des revendications 1 à 7, com- prenant: un élément isolant d'écartement (16) intercalé en- tre les première et seconde couches de circuit en vue d'isoler ces dernières, sauf dans les zones de contact des bornes.