Brevet FR2619927A1 — publié le 19890303

La présente invention a pour objet un procédé de vérification des trous métallisés d'une carte de circuit imprimé multicouche ainsi qu'un dispositif de mise en oeuvre dudit procédé. Le développement de la technologie des semi-conducteurs au cours de ces dernières années, qui a notamment permis la miniaturisation des composants, a eu pour corollaire la recherche d'un niveau d'intégration accru des circuits intégrés. Pour augmenter la densité des circuits et réaliser des configurations de complexité croissante, il s'est révélé nécessaire de fabriquer des circuits imprimés multicouche comportant un nombre de couches de plus en plus élevé. On sait que de tels circuits sont constitues de l'empilage de feuilles de matériaux conducteur (cuivre notamment) qui sont découpées selon le schéma désiré, généralement par érosion chimique, et qui sont séparées les unes des autres par des plaques de matériau isolant (composite à base de résine époxyde par exemple).Les feuilles conductrices ainsi superposées sont reliées de place en place par des trous métallises perpendiculaires (en anglais PTH : plated through hole) destinés au logement des broches des composants et/ou à la connexion electrique entre couches. La fabrication de ces trous métallisés se fait ordinairement en trois étapes : perçage, métallisation partielle par procédé chimique, puis métallisation complémentaire par procédé électrolytique. Tous les trous percés dans une me-me carte de circuit ont le meme diamètre. La dimension du diamètre des trous réalisés usuellement est 0,3 mm pouvant descendre jusqu'à 0,1 mn. Le rapport entre le diamètre d'un trou métallisé et l'épaisseur de la carte dans laquelle il est percé peut atteindre 20. Il peut exister sur un même circuit de mille à dix mille trous métallisés. Un des problèmes qu'ont à résoudre les fabricants de cartes de circuit imprimé multicouches réside dans la vérification de l'intégrité du revêtement des trous métallisés. Celui-ci est susceptible de divers défauts : lacune de dimension réduite (non circonférentielle), coupure circonférentielle, obturation partielle par une barbe, obturation totale par un bouchon. Eu égard aux dimensions des trous métallisés pratiqués usuellement (dont les extremums ont été donnés plus haut), cette vérification ne peut être effectuée à l'oeil nu. Actuellement, deux procédés sont respectivement utilisés pour détecter les coupures circonférentielles et les bouchons. Le premier de ces procédés consiste à tester la conductibilité électrique du revêtement des trous métallisés. Outre qu'il ne permet de mettre en évidence qu'un seul type de défaut, ce procédé présente l'inconvénient d'être de mise en oeuvre peu aisée. En effet, il impose de positionner précisément deux électrodes de test respectivement au contact des extrémités de chaque trou métallisé. Seul un dispositif mécanique complexe associé à un système de commande puissant est en mesure d'effectuer ce positionnement avec rapidité et précision. La réalisation d'un tel dispositif, compte tenu de la spécificité de son application et du fait qu'il doit être adapté à chaque nouvelle série de circuits est d'un prix de revient prohibitif. Le procédé de détection des bouchons, quant à lui, est optique. Il consiste a enregistrer au moyen d'une caméra la répartition des trous percés dans une carte de circuit qu'une source de lumière appropriée éclaire violemment sur une face. L'image ainsi recueillie est comparée à l'image d'une carte étalon et l'existence d'un trou bouché correspond à l'absence d'un point formant contraste sur l'image de la carte à vérifier là où sur l'image de la carte étalon il en figure un. Une autre solution plus rudimentaire consiste à piger manuellement à l'aide d'une aiguille calibrée le diamètre de chaque trou. Indépendamment de leurs caractéristiques respectives, plus ou moins avantageuses quand on les considère isolément, les procédés précités présentent l'inconvénient de reposer sur des principes de vérification différents, électrique pour l'un, optique ou manuel pour l'autre, qui ne peuvent être mis en oeuvre qu'au moyen de deux dispositifs totalement distincts. Il va de soi que le prix de revient des cartes de circuit imprimé multicouche serait abaissé si l'on pouvait disposer, pour leur vérification, d'un dispositif multifonction susceptible de mettre en oeuvre au moins deux procédés reposant sur un même principe. C'est pourquoi on prévoit, selon l'invention, un procédé de verification de trous métallisés destiné au dépistage de coupures circon ferentielles aussi bien que de lacunes de toutes tailles autres que circonférentielles, ce procédé étant optique et pouvant être mis en oeuvre au moyen d'un dispositif permettant en outre le dépistage des trous bouches par le procédé usuel évoqué plus haut. Selon l'invention, un procédé de vérification des trous métallises d'un circuit imprimé multicouche comporte les étapes de - mémoriser éventuellement une image d'au moins une partie d'une carte, où les trous métallisés soient localisés ; - obturer les trous métallisés d'au moins une partie de la carte à une de leurs extrémités, les extrémités obturées étant situées sur une même face de la carte ; - éclairer la face de la carte où les extrémités des trous métallisés sont obturées ; - repérer optîquement, sur la face non éclairée de la carte, la localisation des trous obtures défectueux, lesquels sont remarquables en ce qu'il émettent une lumière de fuite.Cette dernière étape peut se subdiviser en les étapes de - faire l'acquisition optique de la face non éclairée de la partie de carte dont les trous métallisés ont etc obturés, l'image acquise incluant les lumières de fuite émises par les trous défectueux ; - comparer l'image acquise à l'image mise en mémoire, la superposition des deux images permettant la localisation des trous métallisés défectueux. Pour mettre en oeuvre ce procédé, on prévoit un dispositif comportant : - des moyens de support pour une carte de circuit imprimé multicouche comprenant des trous métallisés ; - des moyens d'entratnement pour faire mouvoir la carte dans un plan selon au moins une direction rectiligne ; - un système d'éclairage pour éclairer au moins-une partie d'une face de la carte ; - un système d'acquisition optique pour saisir une image d'au moins une partie de la face non éclairée de la carte, et - des moyens de masquage pour obturer l'extrémité des trous métallisés d'au moins une partie de la carte débouchant sur la face éclairée de la carte. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de masquage comportent un rouleau perpendiculaire à une direction rectiligne de déplacement de la carte et des moyens résilients pour l'appliquer élastiquement sur la face éclairée de la carte, ce rouleau et la carte se déplaçant l'un par rapport à l'audre lorsque le dispositif est en fonctionnement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaftront mieux dans la description qui va suivre, faite en relation avec les dessins annexes, sur lesquels la figure 1 représente une vue en coupe schématique d'une plaque de circuit multicouche, selon un plan passant par l'axe de deux trous métallisés ; et, la figure 2 représente une vue schématique d'un dispositif de vérification optique pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Une carte de circuit imprimé multicouches 1 comporte plusieurs circuits conducteurs 2, plans, parallèles, opaques et séparés les uns des autres par des plaques 3 isolantes et translucides. Les circuits 2 sont, par exemple, découpés dans une feuille de cuivre et les plaques 3 sont, par exemple, faites de résine époxyde armée. Les différents circuits 2 sont connectes les uns aux autres en des endroits déterminés par des trous métallisés 4 qui leur sont perpendiculaires. Les trous métallisés 4 sont délimités par un revêtement cylindrique intérieur se terminant à chacune de ses extrémités par un collet extérieur. Ce cylindre métallique, réalisé ordinairement en cuivre, est destine à la connexion électrique entre les circuits 2 et éventuellement au logement d'une patte d'un composant, qui lui sera assujetti par soudage sur un des collets.Sur la figure 1, on a repre- sente deux trous métallisés, le revêtement de celui de droite ne comportant aucun défaut, le revêtement de celui de gauche comportant une lacune 5. Le procédé de vérification selon l'invention repose sur le fait que la lumière se diffuse à travers l'isolant translucide, est arrêtee par les zones conductrices opaques (circuits et revêtements cylindriques des trous métallisés) et "fuit" par les lacunes des trous métallisés. Pour détecter les trous présentant un défaut de ce type, on a donc imaginé d'obturer (masques 6) les extrémités des trous 4 situées sur une même face de la carte, d'éclairer cette face et de capter, au niveau de l'autre face, par un dispositif optique approprié (comprenant essentiellement un objectif et une camera), les fuites lumineuses sortant de l'orifice non obture des trous 4 defectueux. Toute une série d'essais a été faite pour tester l'efficacité de ce procédé, laquelle s'est révélée parfaitement concluante. Des mesures effectuées à l'occasion de ces essais ont mis en évidence 1 - Que l'intensité d'une fuite lumineuse decroit en fonction de la profondeur de la lacune de revêtement dont elle est issue, mesurée à partir de la face non éclairée de la carte ; 20. Que l'intensité d'une fuite lumineuse ne dépend pas de l'étendue de la lacune de revêtement dont elle est issue ; 30. Que le grandissement de l'objectif permettant d'obtenir une image optimale est de l'ordre de 0,8. Pour mettre en oeuvre le procédé de vérification décrit ci-dessus, on utilise le dispositif représenté schématiquement sur la figure 2. Ce dispositif comporte - une table fixe 10 pour supporter une carte 1 de circuit imprimé rectangulaire à vérifier ; cette table comprend deux glis sières parallèles 11 d'écartement réglable destinées à guider la plaque 1 dans un mouvement plan rectiligne ; - un système d'éclairage 20 fixe pour éclairer une face de la carte 1, ou une partie de cette face ; le système représenté comprend une source de lumière 21, telle qu'une lampe à halogène, un miroir 22 réfléchissant la lumière émise par la lampe 21 vers la carte 1 et une lentille convexe 23 focalisant la lumière émise par la lampe 21 sur le miroir 22 ; - des moyens d'entra~nement 30, 31 et de masquage 32 pour faire déplacer la carte 1 selon une direction rectiligne et masquer sur la face de la carte exposée à l'éclairage l'orifice des trous métallisés 4 d'une zone déterminée. Ces moyens d'entrafnement et de masquage sont constitués par trous rouleaux parallèles 30, 31, 32 d'axe perpendiculaire à la direction de déplacement de la carte 1.Ils sont recouverts d'un matériau ayant un bon coefficient de frottement tel que du caoutchouc et sont appliqués élastiquement sur la carte 1 par un organe résilient 33, 34. L'un de ces rouleaux (rouleau 32) sert au masquage des trous métallisés 4 sur la face de la carte 1 exposée à la lumière émise par le système d'éclairage 20 et les deux autres (rouleaux 30, 31), qui sont appliques préférentiellement sur la face non éclairée de la carte 1, servent à faire déplacer la carte 1. Les rouleaux d'entratnement 30, 31 sont mus en rotation par deux moteurs électriques synchronisés (non representes). Grâce à sa forme et à sa disposition, le rouleau de masquage 32 obture, selon sa longueur, la totalité ou seulement une partie des trous 4 situes sur une ligne perpendiculaire à la direction de déplacement de la carte 1.Comme on peut le voir sur la figure, le rouleau de masquage 32 exerce une pression sur une zone de la carte 1 située entre les zones où les rouleaux d'entratnement 30, 31 font eux-memes pression. Ainsi, par suite de leur disposition respective, les rouleaux 30, 31, 32 rectifient localement la planéité de la carte au cas où elle présenterait une courbure (notamment transversale à la direction de déplacement) et le masquage des trous métallisés 4 est total ; - un système d'acquisition optique 40 comprenant un objectif 43 et deux cameras 41, 42, la caméra 41 servant à localiser les trous 4 de la carte à vérifier et la caméra 42 à détecter la lumière de fuite émise par les trous défectueux.Les cameras 41, 42 sont des cameras linéaires dont les capteurs du type à transfert de charge (CCD) par exemple, sont disposés perpendiculairement à la direction de deplacement de la carte à vérifier. Avantageusement, on prévoit des cameras comportant plusieurs capteurs linéaires élémentaires (capteurs ayant 1024 ou 2048 pixels, par exemple) disposes cte à cdte et ayant un champs d'acquisition aussi large que la plus large des cartes de circuit multicouche fabriquée usuellement. Avec de telles caméras, le système d'acquisition optique 40peut être assujetti à un bâti (non représente fixe par rapport à la table 1.L'objectif 40 focalise simultanément sur la .caméra 41 la lumière émise par une ligne de trous métallisés 4 et sur la caméra 42 la lumière de fuite émise éventuellement par une autre ligne de trous masquée dont la caméra 41 a préalablement fait l'acquisition ; - un système de traitement et de commande (non représenté) pour traiter les informations acquises par les caméras et mémoriser la localisation des trous défectueux. Les informations recueillies par les cameras sous forme de signaux analogiques sont d'abord numérisées sur n niveaux de gris puis binarisées après seuillage, les informations élémentaires (ou pixels) étant réparties en deux niveaux binaires O ou 1 en fonction d'une valeur de seuil correspondant à un niveau de gris déterminé.A l'image d'un trou 4 (correspondant à un ou plusieurs pixels) acquise par la caméra 41 est par exemple affecte le niveau binaire 1. A l'image de ce même trou (obturé par le rouleau 32) acquise par la caméra 42 est affecté soit le niveau binaire 0 s'il ne comporte pas de lacune, soit le niveau binaire 1 s'il est défectueux et autorise une fuite lumineuse. Les informations binaires acquises par la caméra 41 sont mémorisées par un circuit de temporisation 50 durant l'intervalle de temps séparant le passage d'une même zone de carte dans le champ de vision des deux caméras, puis elles sont comparées aux informations acquises par la caméra 42, par exemple, dans un circuit du type d'une porte ET 51 dont la sortie a la valeur 1 dans le cas d'un trou défectueux. Ce signal de sortie commande, soit la mise en mémoire de la localisation du trou défectueux, soit l'actionnement d'un dispositif de marquage ; - éventuellement, un dispositif de marquage 60, du type marker ou du type émettant un jet d'encre par exemple, pointant avec precision sur la carte de circuit multicouche les trous défectueux. Le dispositif qui vient d'être décrit est avantageux car sa réalisation est relativement simple. Il est cependant susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront à l'homme de l'art. En particulier, le depclacement respectif de la carte 1 et du système d'acquision optique 40 peut être obtenu par d'autres moyens - connus de l'art antérieur - que ceux qui ont été décrits ci-dessus. Ainsi, le support de la carte 1 peut être constitué par une platine mobile selon une ou deux directions rectilignes perpendiculaires, la carte étant fixe par rapport à ce support. Une autre possibilité consiste à prévoir un support fixe, telle que la table 10 décrite, sur lequel la carte 1 serait fixe, les moyens de masquage 32 et/ou le système d'acquisition optique étant alors mobiles selon une ou deux directions rectilignes perpendiculaires. REVENDICATIONS 1. Procédé de vérification des trous métallisés (4) d'une carte de circuit imprimé multicouche (1) constituée de l'alternance, dans des plans paralleles, de circuits conducteurs opaques (2) et de plaques isolantes translucides (3), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de - obturer les trous métallisés (4) d'au moins une partie de la carte (1) à une de leurs extrémités, les extrémités obturées étant situées sur une même face de la carte (1) ; - éclairer la face de la carte (1) ou les extrémités des trous métallisés (4) sont obturées ; - repérer optiquement, sur la face non éclairée de la carte (1), la localisation des trous obturés défectueux, lesquels sont remarquables en ce qu'ils émettent une lumière de fuite. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé : - en ce qu'il comporte en outre l'étape de mémoriser une image d'au moins une partie de la carte (1) où les trous métallisés (4) soient localisés, et - en ce que l'étape de repérage optique des trous métallisés (4) défectueux se subdivise en les étapes de faire l'acquisition optique de la face non éclairée de la partie de carte (1) dont les trous métallisés (4) ont été obturés, l'image acquise incluant les lumières de fuite émises par les trous défectueux ; comparer l'image acquise à l'image mise en mémoire, la superposition des deux images permettant la localisation des trous métallisés défectueux. 3. Procédé de vérification selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre l'étape de mémoriser la localisation des trous métallisés (4) défectueux. 4. Procédé de vérification selon une des revendications precédentes en ce qu'il comporte en outre l'étape d'appliquer une marque visuelle sur la carte (1) à l'emplacement des trous métallisés (4) défectueux. 5. Dispositif de vérification pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 4 comportant - des moyens de support (10) pour une carte de circuit imprimé multicouches (1) comprenant des trous métallisés (4) ; - des moyens d'entratnement (30, 31) pour faire mouvoir la carte (1) dans un plan selon au moins une direction rectiligne ; - un système d'éclairage (20) pour éclairer au moins une partie d'une face de la carte (1) ; - un système d'acquisition optique (40) pour saisir une image d'au moins une partie de la face non éclairée de la carte (1), ledit dispositif étant caractérise en ce qu'il comporte des moyens de masquage (32) pour obturer l'extrémité des trous métallisés (4) d'au moins une partie de la carte (1) débouchant sur la face éclairée de la carte (1). 6. Dispositif de vérification selon la revendication 5, où la carte de circuit imprimé (1) est déplaçable par rapport aux moyens de support (10) selon une direction rectiligne, caractérisé - en ce que Tes moyens de support (10) comportent des glissières (11) paralleles, d'écartement réglable, pour guider les bords de la carte (1) selon ladite direction rectfligne, et - en ce que les moyens d'entratnement comportent au moins deux rouleaux (30, 31) perpendiculaires à ladite direction rectiligne, au moins un moteur pour faire tourner les rouleaux en synchronisme et des organes résilients (33) pour appliquer élastiquement lesdits rouleaux sur la carte (1), la rotation des rouleaux (30, 31) provoquant la translation de la carte (1). 7. Dispositif de vérification selon une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les moyens de masquage comportent un rouleau (32) perpendiculaire à une direction rectiligne de déplacement de la carte (1) et des moyens résilients (34) pour appliquer élastiquement le rouleau (32) sur la face éclairée de la carte (1), le rouleau (32) et la carte (1) se déplaçant l'un par rapport a l'autre lorsque le dispositif est en fonctionnement. 8. Dispositif de vérification selon les revendications 6 et 7, caractérisé - en ce que les rouleaux d'entralnement (30, 31) sont parallèles au rouleau de masquage (32) ; - en ce que les rouleaux d'entralnement sont appliqués sur la face non éclairée de la carte (1) ; et, - en ce que le rouleau de masquage (32) est disposé entre deux rouleaux d'entrainement (30, 31). 9. Dispositif de vérification selon une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que son système d'acquisition optique (40) comporte au moins une caméra linéaire (42) d'axe parallèle à celui du rouleau de masquage (32), pour saisir une image d'au moins une partie de la zone de la face non éclairée de la carte (1) parallèle à la zone masquée de la face éclairée de la carte (1). 10. dispositif de vérification selon la renvendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux caméras linéaires (41, 42) faisant respectivement et simultanément l'acquisition de deux zones de la face non éclairée de la carte (1), une zone étant parallèle a une zone masquée de la face éclairée de la carte (1), une caméra (41) servant a localiser les trous métallisés (5) de la carte (1),7'autre caméra (42) servant à capter la lumière de fuite émise par les trous métallisés défectueux. 11. Dispositif de vérification selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un système de détection des trous métallisés (5) défectueux comprenant un circuit de temporisation (50) et une porte ET (51) pour comparer les informations acquises par les deux caméras sur une même zone de la carte 1.