Brevet FR2575627A1 — publié le 19860704

Procédé de fabrication d'une carte multicouche de circuits imprimés L'invention concerne un procédé de fabrication d'une carte multicouche de circuits imprimés, et plus particulièrement les étapes de formation de circuits électriquement conducteurs sur l'une ou les deux faces d'une plaque de base et de disposition en couches d'un nombre prédéterminé de plaques de base ainsi traitées pour former une seule carte multicouche de circuits imprimés destinée à être utilisée dans des appareils électriques. Avec la grande prolifération récente des divers appareils élec- triques, des plaques multicouche de circuits imprimés ont été utilisées en combinaison avec ces appareils électroniques. Jusqu'ici, pour fabriquer une carte multicouche de circuits imprimés composée d'un nombre prédéterminé de plaques de base disposées en couches et munies chacune de circuits élec- triquement conducteurs sur l'une de leurs faces ou leursdeux faces, il fal- lait procéder comme suit: presser une feuille de cuivre électrolytique sur l'une ou les deux faces d'une plaque de base électriquement isolée pour fixer le premier à la seconde; protéger les portions de circuits avec une encre résistant à l'oxydation et faire des gravures au chlorure ferrique et puis faire fondre la feuille de cuivre pour l'éliminer sauf sur les portions de circuits; enlever l'encre résistant à l'oxydation afin de mettre à nu les portions de circuits, pour obtenir ainsi la plaque de base munie des cir- cuits électriquement conducteurs sur une ou ses deux faces; disposer en couches plusieurs plaques de base ainsi traitées pour former une seule carte multicouche de circuits traitée constituée des circuits internes disposés en couches; faire des trous traversant complètement la carte unique multi- couche de circuits traitée; et puis traiter les trous avec un élément élec- triquement conducteur de façon à rendre les circuits internes disposés en couches électriquement conducteurs entre eux.. Mais la technique classique de gravure sur feuille de cuivre exige qu'un nombre considérable de feuilles de cuivre soient fixées sur les plaques de base constituant la carte unique multicouche de circuits traitée et implique de nombreuses étapes de traitement telles que revête- ment des portions de circuits avec une encre résistant à l'oxydation, élimi- nation par fusion des parties restantes des feuilles de cuivre et élimina- tion de l'encre résistant à l'oxydation. De plus dans ce cas, la disposition en couches de nombreuses plaques de base ainsi traitées pour former une-seule carte multicouche de circuits traitée nécessite une très grande précision. En fait, il s'estavéré difficile en pratique de disposer en couches plus de quatre plaques de base. Outre les plaques de base susmentionnées qui sont polymérisées et traitées généralement à basse température, on sait en général qu'un grand nombre de plaques de base en oxyde d'aluminium sont disposées en couches pour former une seule carte multicouche de circuits traitée. Selon ce procédé, la plaque de base est chaufféejusqu'à 1600 C, par exemple. Il est donc néces- saire d'utiliser une plaque de base faite d'un matériau approprié tel que la 1o céramique qui peut supporter un traitement thermique à une température aussi élevée. De plus, il est assez difficile de pratiquer des trous dans une carte multicouche aussi dure. C'est la raison pour laquelle, il faut placer un si grand nombre d'électrodes sur les coins de la carte multicouche de circuits traitée afin de rendre les circuits disposés en couches électriquement con- ducteurs entre eux. La présente invention a pour but d'éliminer les défauts et inconvénientsde l'art antérieur. En conséquence, l'un des objets de l'in- vention est de proposer un procédé unique, dans lequel on utilise une pâte électriquement conductrice, au lieu de la feuille de cuivre et du procédé de gravure classiques, pour former des circuits sur l'une ou les deux faces d'une plaque de base, c'est-à-dire que la pâte est impriméesur l'une ou les deux faces d'une plaque de base préimprégnée de façon à former des circuits sur celle-ci et est ensuite séchée, et puis plusieurs de ces plaques de base ainsi traitées sont disposées en couches et comprimées pour former une seule carte multicouche de circuits traitée, finalement transformée en une carte multicouche de circuits imprimés finie, spécialement adaptée aux appareils électroniques domestiques ou ménagers. Un autre objet de l'invention est d'utiliser une pâte de cuivre électriquement conductrice possédant une excellente conductivité thermique et que l'on puisse chauffer jusqu'à 150 C approximativement, les particules de cuivre étant protégées contre l'oxyda- tion grâce à un additif spécifique d'anthracène ou de ses dérivés. Dans ce procédé, le produit fini possède une excellente conductivité thermique et peut être fabriqué à un coût bien moins élevé qu'avec les autres pâtes à base de métal telles qu'une pâte d'argent électriquement conductrice, etc. Un autre objet de l'invention est aussi d'appliquer la galvanisation élec- -3 trolytique ou non-électrolytique aux circuits électriquement conducteurs de la pâte de cuivre pour obtenir ainsi le même effet qu'avec la feuille de cuivre. Un autre objet de l'invention est encore une carte multicouche de circuits imprimés composée de plus de quatre couches de plaques de base ce qui était en pratique difficile à réaliser en vue d. 'une utilisation dans les appareils électroniques domestiques ou ménagers. Succinctement, l'invention comporte les étapes suivantes: revête- ment de l'une ou des deux faces d'une plaque de base préimprégnée électri- quement isolée avec une pâte électriquement conductrice pour former des circuits électriquement conducteurs sur celle-ci; séchage de la plaque de base de circuits traitée; disposition en couches et compression de plusieurs de ces plaques de base ainsi traitées pour former une seule carte multicouche de circuits traitée; aménagement de trous dans la carte unique multicouche de circuits traitée, les trous traversant celle-ci dans le sens de l'épaisseur; et puis-traitement des trous avec un élément électriquement conducteur pour former une série de circuits électriquement conducteurs entre eux à l'intérieur de la carte multicouche. Un autre aspect de l'inven- tion comporte les étapes suivantes: impression de l'une ou des deux faces d'une plaque de base préimprégnée électriquement isolée avec une pâte électriquement conductrice de manière à former des circuits électriquement conducteurs sur celle-ci; galvanisation des circuits électriquement conduc- teurs de la plaque de base avec un matériau spécifique électriquement con- ducteur; séchage de la plaque de base ainsi traitée; disposition en cou- ches et compression de plusieurs de ces plaques de base traitées pour former une seule carte multicouche imprimée; aménagement de trous dans la carte multicouche imprimée, les trous traversant celle-ci dans le sens de l'épais- seur; et puis traitement des trous avec un matériau électriquement conduc- teur pour former une série de circuits électriquement conducteurs entre eux à l'intérieur de la carte multicouche. Les autres caractéristiques et avantages ressortiront de la des- cription suivante de l'invention en référence aux modes de réalisation préférés illustrés par les dessins annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue éclatée en élévation latérale des cou- ches de plaques de base électriquement isolées représentées en coupe ver- ticale revêtues chacune d'une pâte électriquement conductrice selon l'in- vention; - la figure 2 est une vue en élévation représentée en coupe ver- ticale des couches assemblées et comprimées pour former une seule carte multicouche imprimée; - - la figure 3 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale de la carte unique multicouche imprimée munie de trous verticaux; - la figure 4 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticaie de la carte unique multicouche de circuits traitée dont les trous ont été traités avec un matériaux électriquement conducteur; - la figure 5 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale de la carte unique multicouche imprimée entièrement recou- verte d'un enrobage; - la figure 6 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale d'une plaque de base électriquement isolée revêtue sur l'une de ses faces d'une pâte électriquement conductrice selon un second mode de réalisation de l'invention; - la figure 7 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale de la plaque de base électriquement isolée masquée par une couche de revêtement isolant; - la figure 8 est une vue en élévation latérale representée en coupe verticale de la plaque de base ainsi traitée dont les circuits électri- quement conducteurs ont été galvanisés au cuivre; - la figure 9 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale d'une plaque -de base de- circuits traitée dont le revêtement isolant a été oté par rapport à l'état représenté sur la figure 8; - la figure 10 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale de plusieurs plaques de base de circuits traitées disposées en couches et comprimées en une seule plaque multicouche de circuits trai- tée; - la figure 11 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale de la carte unique multicouche de circuits traitée munie de trous; - la figure 12 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale de la carte unique multicouche de circuits traitée dont les trous ont été traités avec un matériau électriquement conducteur pour former une série de circuits électriquement conducteurs entre eux à l'in- térieur de la carte; et - la figure 13 est une vue en élévation latérale représentée en coupe verticale de la carte unique multicouche de circuits ainsi traitée finalement entièrement revêtue d'un enrobage. En référence aux figures 1 à 5, des plaques électriquement isolées 1, en nombre prédéterminé, sont des plaques de base préimprégnées consti- tuées, par exemple, d'une résine époxy. Comme le montre la figure 1, les plaques électriquement isolées 1 sont revêtues sur une ou les deux faces d'une pâte électriquement conductrice 2 imprimée de façon à former des cir- cuits électriquement conducteurs sur les plaques 1. Les plaques préimpré- gnées électriquement conductrices 1 sont constituées d'une résine synthéti- que mélangée à un matériau de renforcement et sont plus ou moins molles à température ambiante. La pâte électriquement conductrice 2 peut être une pâte d'argent, de carbone ou de cuivre. Parmi ces pâtes, il est préférable d'utiliser une pâte de cuivre telle que décrite dans le brevet américain n 4 353 816 délivré au nom de la même demanderesse, parce qu'elle présente une conductivité éléctrique suffisante et en raison de son faible coût. La pâte de cuivre contient 15-30 pourcents en poids d'un seul type de résine mélangé à 0,2-5, de préférence 0,23-1,6 pourcents, en poids d'un additif spécifique choisi parmi l'anthracène et ses dérivés. L'additif peut être de préférence de l'anthracène et de l'acide anthracène carboxylique et en second choix de l'anthradine et puis de l'acide anthranilique. Pour fabriquer la carte de circuits imprimés à 4 couches 4 représentée par les figures 4 et 5, on utilise quatre plaques préimpré- gnées électriquement isolées 1 telles que représentées à la figure 1. La première et la seconde plaques du haut sont imprimées avec la pâte électri- quement conductrice 2 sur leur face supérieure seulement. La troisième pla- que est imprimée avec la pâte sur ses deux faces et la plaque du bas uni- quement sur sa face inférieure. L'épaisseur de la pâte 2 est de préférence d'environ 10 microns. Les circuits électriquement conducteurs 3 sont ainsi formés respectivement sur les plaques 1, et puis ces plaques sont séchées pour durcissement à une température de l'ordre de 800C pendant environ 30 minutes. Dans ce cas, si la pâte électriquement conductrice est mélangée à une poudre d'argent ou de carbone au lieu d'une poudre de cuivre, ii n'y a pas de problème d'oxydation de la pâte. Mais si la pâte est mélangée à une poudre de cuivre, la poudre de cuivre s'oxydera au point que la conduc- tivité électrique de la pâte sera extrêmement détériorée. Selon l'invention, la pâte électriquement conductrice 2 à base de poudre de cuivre est proté- gée de l'oxydation par un additif spécifique tel que l'anthracène ou son dérivé incorporé à la pâte. La pâte spécifique 2 à base de poudre de cuivre conservera par conséquent une conductivité électrique suffisante après le traitement thermique et en outre la résistance électrique des circuits conducteurs 3 aura pratiquement la même propriété que celle des circuits électriquement conducteurs constitués selon la technique classique de gra- vure sur feuille de cuivre. Les plaques préimprégnées électriquement isolées 1 ainsi traitées sont ensuite disposées en couches et comprimées en haut et en bas comme l'indiquent les flèches A et B représentées sur la figure 2 tandis que ces plaques 1 sont séchées à une température de l'ordre de 1700C pendant environ -60 minutes. Grâce à ce procédé, les plaques de base préimprégnées 1 et les circuits électriquement conducteurs 3 durcissent et se fixent les uns aux autres pour former une seule carte multicouche de circuits 4 traitée. Ensuite, ainsi qu'il est représenté à la figure 3, la carte multicouche de circuits 4 traitée est pourvue de trous 5 traversant chacun la carte 4 dans le sens de l'épaisseur du haut 4a en bas 4b de celle-ci pour rendre les circuits respectifs 3 électriquement conducteurs entre eux. Puis la carte 4 est entièrement masquée à l'exception des trous 5 et de leurs pourtours supérieurs et inférieurs à l'aide d'un revêtement isolant R. Puis, comme il est représenté à la figure 4, les faces internes des trous 5 et leurs pourtours inférieurs et supérieurs sont munis d'un conducteur électrique 6 pour rendre les circuits 3 électriquement conduc- teurs entre eux. La conductivité peut être assurée par un placage non- électrolytique ou un remplissage à l'aide d'un matériau conducteur approprié tel qu'une pâte d'argent ou une pâte de cuivre. Une fois les trous 5 rendus conducteurs de cette manière, le revêtement isolant est oté de la carte 4. On obtient ainsi une carte unique multicouche de circuits imprimés 4. Pour assurer ensuite à la carte finie une longue durée de conservation, un enrobage F est appliqué sur la totalité de la carte 4 comme indiqué à la figure 5. Cet enrobage F peut être à base de résine ou d'imidazole. Selon la description ci-dessus, la carte unique multicouche de circuits imprimés 4 de-l'invention est obtenue par un seul revêtement de chacune des plaques préimprégnées isolées 1 à l'aide d'une pâte électrique- ment conductrice 2 pour former un circuit électriquement conducteur sur chacune d'elles et puis en disposant en couches un nombre prédéterminé de plaques 1 ainsi traitées. Il est clair par conséquent, que la fabrication de la carte imprimée multicouche 4 peut- être facilitée en évitant les pro- cédés compliqués que requiert la technique classique de gravure sur feuille de cuivre. La carte multicouche de circuits imprimés 4 ainsi obtenue pos- sède une précision suffisante pour être utilisée dans les appareils élec- troniques domestiques ou ménagers. Maintenant, en référence aux figures 6 à 13 illustrant un autre mode de réalisation de l'invention, quatre plaques de base 11 sont respec- tivement transformées en une carte de circuits imprimés à 4 couches 14 comme dans le cas du premier mode de réalisation de l'invention illustré par les figures1 à 5. Tout d'abord, en référence aux figures 6 à 9 montrant la fabrica- tion de la plaque de base supérieure 11 de la carte de circuits imprimés à 4 couches 14, une pâte électriquement conductrice 12 est imprimée sur la face supérieure de la plaque de base préimprimée électriquement isolée 11 en une couche d'environ 10 microns d'épaisseur pour y former un circuit électriquement conducteur 13, puis la plaque de base traitée 11 est séchée à une température de l'ordre de 80eC pendant environ 30 mintesafin de durci la plaque de base isolée 11 et la pâte 12. Ensuite, comme le montre la figure7, la plaque de base isolée 11 eSt masquée à l'aide dé revitement isolant R à l'exception de la portion de circuit éleetriquement conducteur 13. Ensuite, comme indiqué à la figure 8, on applique asur la plaque masquée 11 le placage de cuivre électrolytique ou non-électrolytique, et puis la couche C constituée d'environ 5 microns de cuivre électrolyse est fornée sur la portion de circuit nue 13 de la plaque de base 11. Dans ce cas, la même couche de cuivre électrolysé est appliquée sur la pâte de euivre cgn- ductrice 12. Cependant, le placage de cuivre électrolytique ou non- électrolytique n'est pas nécessaire si une pâte électriquement eonductrice d'argent ou de carbone est utilisée. La plaque de base 11 traitée est donc formée d'un circuit électriquement conducteur 13 dont l'épaisseur est appro- ximativement de 15 microns en raison des 10 microns d'épaisseur du circuit et des 5 microns de placage de cuivre électrolysé C. Ensuite, comme le montre la figure 9, on 8te le revêtement isolant R de la plaque de base 11, et le processus de fabrication de la plaque de base isolée 11 est ainsi terminé. Les étapes de traitement au catalyseur et de masquage peuvent être éliminées, en cas de placage de la pâte électriquement conductrice 2 exclusivement. La seconde plaque de base isolée 11 est traitée de façon à former un circuit 13 sur sa face supérieure exactement de la même manière que la plaque de base isolée 11 du haut mentionnée ci-dessus. La troisième plaque de base isolée 11 est traitée de manière identique de façon à former des circuits 13 sur ses deux faces, et puis la quatrième plaque 11 du bas est traitée pour former un circuit 13 sur sa face inférieure. Les quatre plaques de base 11 ainsi respectivement munies de leurs circuits 13 sont ensuite, commele montre la figure 10, disposées en couches et comprimées en haut et en bas suivant les flèches B et D tandis qu'elles sont séchées à une température de l'ordre de 1700 C pendant environ 60 minutes. Il en résulte que les quatre plaques de base 11 traitées sont sisposées en couches fixées les unes aux autres pour former une seule carte multicouche de circuits 14 traitée et durcie. Ensuite, ainsi qu'il est représenté à la figure 11, la carte unique multicouche de circuits 14 traitée est pourvue de trous 15 traversant celle-ci dans le sens de l'épaisseur pour rendre les circuits disposés en couches 13 électriquement conducteurs entre eux. Puis la carte unique multi- couche de circuits est masquée à l'aide du revêtement isolant R à l'excep- tion des faces internes des trous 15 et de leurs pourtours en haut et en bas de la carte 14. Ensuite, comme indiqué à la figure 12, un conducteur électrique 16 est appliqué sur les faces internes des trous 15 et leurs pourtours. Ce procédé peut inclure un placage de cuivre sur les faces internes des trous ou le remplissage des trous 15 avec une pâte d'argent ou de cuivre, et puis le revêtement isolant R est ôté de la carte 14. Les circuits 13 disposés en couches de la carte unique 14 sont ainsi rendus électriquement conducteurs entre eux, et une carte unique multicouche de circuits imprimés 14 est ainsi obtenue. Enfin, comme indiqué à la figure 13, la carte multicouche de cir- cuits imprimés 14 est protégée par un enrobage F à base de résine ou d'imi- dazole appliqué sur la totalité de la carte. En résumé, selon ce mode de réalisation, une pâte de cuivre élec- triquement conductrice est imprimée sur les faces de plaques de base électri- quement isolées pour former sur celles-ci des circuits électriquement conducteurs et un placage de finition en cuivre est appliqué sur ces derniers, qui doivent être disposés en couches pour produire une seule carte multi- couche de circuits imprimés. La carte unique multicouche de circuits imprimés fabriquée selon ce procédé présente une excellente propriété comparativement au produit fabriqué selon la technique classique de gravure sur feuille de cuivre et est en outre fabriquée plus facilement, plus rapidement et à un coût moins élevé. A partir de la description ci-dessus, d'autres modes de réalisa- tion, variantes et modifications deviendront évidentes pour l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une carte multicouche de circuits imprimés (14), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: impression d'une pâte électriquement conductrice (12) sur l'une ou les deux faces de plaques de base préimprégnées électriquement isolées (11) en nombre prédéterminé pour former des circuits électriquement conducteurs (13) sur les plaques (11); séchage desdites plaques de base de circuits traitées; disposition en couches et compression des plaques de base de circuits trai- tées (11) pour former une carte unique multicouche (14); aménagement de trous (15) dans ladite carte unique multicouche, ces trous traversant celle- ci dans le sens de l'épaisseur; et application d'un conducteur électrique (16) sur les faces internes desdits trous pour rendre lesdits circuits dis- posés en couches électriquement conducteurs entre eux à l'intérieur de la- dite carte unique multicouche. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite carte unique multicouche se compose de quatre couches de ces plaques de base électriquement isolées. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pâte électriquement conductrice (12) est constituée d'une résine époxy. 4. Procédé de fabrication d'une carte multicouche de circuits imprimés (14),t'caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: impression d'une pâte électriquement conductrice (12) sur l'une ou les deux faces de plaques de base préimprégnées électriquement isolées (11) en nombre prédéterminé pour former des circuits électriquement conducteurs (13) sur les plaques (11); placage sur lesdits circuits électriquement conducteurs d'un élément ayant la propriété d'augmenter la conductivité électrique desdits circuits; séchage desdites plaques de circuits traitées; disposition en couches et compression de ces plaques de base de circuits traitées pour former une carte unique multicouche (14); aménagement de trous (15) dans ladite carte unique multicouche, ces trous traversant celle- ci dans le sens de l'épaisseur; et application d'un conducteur électrique (16) sur les faces internes desdits trous pour rendre lesdits circuits dis- posés en couches conducteurs entre eux à l'intérieur de ladite carte unique multicouche. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce qu'il comporte aussi une étape de revêtement complet de ladite carte unique multi- couche à l'aide d'un enrobage (F). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit enrobage contient une résine ou de l'imidazole. 7. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les- dites plaques de base de circuits traitées sont séchées à une température de 80 C approximativement pendant environ 30 minutes. 8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite étape de placage comporte un placage de cuivre non-électrolytique. 9. Procédé selon la revendication 1 ou 4, caractérisé en ce que ladite pâte électriquement conductrice contient du cuivre. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite pâte de cuivre électriquement conductrice eontient 70-85 % en poids de poudre de cuivre, 15-30 % en poids d'au moins un élément sélectionné dans le groupe comprenant les résines phénoliques, les résines époxy, les résines polyester et les résines xylène, et un additif spécifique choisi parmi l'anthracène et ses dérivés. 11. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le placage de cuivre non-électrolytique est réalisé après avoir masqué les- dites plaques de base au moyen d'un revêtement isolant.(R) à l'exception des circuits formés sur celle-ci, le revêtement isolant étant 8té desdites pl ques de base une fois le placage fini.