Brevet FR2612356A1 — publié le 19880916

Carte de circuit imprimé pour la réalisation de prototypes L'invention concerne -une carte de circuit imprimé pour la réalisation de prototypes ou de petites séries d'appareils électroniques, cette carte comportant un circuit imprimé préfabriqué avec une forme déterminée qui est destinée à être modifiée par des moyens simples pour réaliser un circuit particulier. On connaît des cartes de circuit imprimé préfabriquées destinées à la réalisation de prototypes. Ces cartes comportent une couche isolante percée de trous à intervalles réguliers, selon une matrice au pas de 2,54 mm par exemple, pour l1inser- tion des connexions des composants, et comportent une couche conductrice constituée de plots métalliques et de pistes parallèles. Les plots métalliques ont la forme de couronnes entourant les trous et permettent le soudage des connexions de composants. Chaque piste relie tous les plots d'une ligne de la matrice. Pour réaliser un circuit particulier, ce circuit imprimé est modifié en coupant des pistes et en rajoutant des liaisons, dans la direction perpendiculaire à celle des pistes, au moyer de fils conducteurs soudés.Un tel type de circuit imprimé préfabriqué ne permet pas la réalisation de dispositifs logiques complexes car le nombre de liaisons à réaliser entre les composants est très élevé. Pour la réalisation de tels dispositifs logiques complexes, de nombreux autres procédés d'interconnexion sont connus. Il y a des procédés d'interconnexion par fils, des procédés d'interconnexion par circuit imprimé déposé, et des procédés d'interconnexlon par circuit imprimé gravé. Un premier procédé d'interconnexion par fils consiste à placer des supports de composant sur une plaque isolante comportant une matrice de trous, les supports de composant étant munis de broches longues traversant la plaque isolante et permettant d'enrouler l'extrémité dénudée d'un fil conducteur Ce procédé a pour inconvénients le poids et l'encombrement des liaisons ainsi réalisées. Un second procédé d'interconnexion par fils consiste à : placer les composants sur une plaque isolante percée d'une matrice de trous et comportant des plots conducteurs autour de ces trous ; souder les connexions des composants à ces plots ; puis à relier ces plots conducteurs par des fils isolés, au moyen d'une machine qui soude les fils sur les plots conducteurs et qui colle les fils sur la plaque isolante.Ce procédé a pour inconvénient de nécessiter une machine spécialisée et coûteuse. Un premier procédé d'interconnexion par un circuit imprimé déposé, consiste à imprimer les pistes conductrices sur une plaque isolante, au moyen d'une encre conductrice, selon les procédés classiques de sérigraphie. L'inconvénient de ce procédé est sa précision médiocre et la conductibilité médiocre des pistes obtenues. Un second procédé d'interconnexion par circuit imprimé déposé consiste à projeter, sur une petite surface d'une plaque isolante, une matière conductrice en fusion. Un déplacement du jet de matière conductrice trace des pistes constituant un circuit imprimé. Ce procédé a pour inconvénient de nécessiter une machine coûteuse. Un troisième procédé d'interconnexion par circuit imprimé déposé consiste à faire un dépôt électrolytique de cuivre sur certains endroits d'une plaque isolante, pour constituer des pistes conductrices.Ce procédé comporte plusieurs variantes mais elles ont toutes pour Inconvénient un délai de fabrication d'au moins une journée à cause de nombreuses étapes de traitement chimique et de lavage. Un procédé connu de réalisation d'un circuit imprimé gravé consiste à graver par une attaque chimique une plaque isolante recouverte d'une couche de cuivre uniforme, cette couche de cuivre étant protégée par un film sec épargnant les pistes du circuit à réaliser. Le film sec est obtenu par un procédé photographique. Ce procédé a comme inconvénient de nécessiter de nombreuses opérations de traitement chimique et de lavage qui entraînent un délai de fabrication de l'ordre de deux jours. Le but de l'invention est de proposer une carte de circuit imprimé préfabriquée permettant de réaliser un circuit imprimé particulier pour un prototype, avec un délai de fabrication plus court que celui des procédés connus et sans nécessiter des investissements dans des machines spécialisées. L'objet de l'invention est une carte de circuit imprimé comportant au moins une couche conductrice comportant une matrice de plots conduc - teurs et un réseau de pistes conductrices, certaines pistes rayonnant à partir des plots et certaines autres pistes circulant entre ces plots pour permettre de nombreuses liaisons. Les nombreuses coupures à réaliser dans ce réseau sont faîtes au moyen d'une perceuse à commande numérique, utilisée classiquement pour la fabrication des circuits imprimés.Ces coupures peuvent aussi être faites avec un laser de découpage, ou avec des moyens électriques faisant passer un courant électrique de forte intensité dans la portion de piste à couper. Selon l'invention, une carte de circuit imprimé pour la réalisation de prototypes, comportant au moins une couche isolante et une couche conductrice, cette couche conductrice comportant des plots pour permettre le soudage de connexions de compo~ sants, ces plots étant situés à intervalles réguliers sur les lignes et les colonnes d'une matrice, est caractérisée en ce que chaque plot est relié par quatre pistes à quatre plots voisins dont les centres sont situés sur des directions inclinées à 450 par rapport aux lignes et aux colonnes de la matrice, certaines de ces pistes étant destinées à être coupées pour obtenir un circuit imprimé particulier. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails apparaîtront à l'aide de la description ci-dessous et des figures l'accompagnant - la figure 1 représente un premier exemple de réaliser tion d'une carte de circuit imprimé selon l'invention - la figure 2 et la figure 3 représentent un deuxième et un troisième exemple de réalisation d'une carte de circuit imprimé selon l'invention; - les figures 4 et 5 représentent deux parties d'un exemple de réalisation d'une carte de circuit imprimé multicouche, selon l'invention; - la figure 6 représente un quatrième exemple de réalisation d'une carte de circuit imprimé selon l'invention. L'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 est une carte de circuit imprimé simple face comportant une plaque isolante percée de trous, 1 å 9, à intervalies réguliers selon une matrice dont le pas est de 2,54 mm par exemple, pour l'insertion de composants, et comportant une couche conductrice ayant une forme particulière. Cette couche conductrice est fabriquée par un procédé classique de gravure, convenant pour une fabrication en série et peu coûteuse. Chaque trou, 1 à 9, a un diamètre de 0,8 mm pour l'insertion des fils et des pattes des composants. La couche conductrice comporte un plot métallique centré sur chaque trou et a une période spatiale qui correspond au pas de la matrice de trous. Autour de chaque trou, tel que le trou 9 situé au centre de la figure 1, la couche conductrice comporte un plot 29 constitué par une couronne à laquelle sera soudé un composant. La couronne 29 est reliée par des pistes à des couronnes semblables entourant des trous 1 à 8 voisins du trou 9, et à des pistes parcourant toute la carte parallèlement aux lignes et aux colonnes de la matrice. Les couronnes et toutes les pistes ont une largeur de 0,2 mm. Plus précisément, la couronne 29 qui entoure le trou 9 est reliée - à des couronnes 26 et 28 entourant des trous 6 et 8 situés sur la même colonne de la matrice que le trou 9, par des pistes 16 et 18 respectivement - à des couronnes 25 et 27 entourant des trous 5 et 7 situés sur la même ligne de la matrice que le trou 9, par des pistes 15 et 17 respectivement - à des couronnes 21 et 23 entourant des trous 1 et 3 situés sur une droite passant par le centre du trou 9 et incli née de 1350 par rapport aux lignes de la matrice, par des pistes il et 13 respectivement - à des couronnes 22 et 24 entourant des trous 2 et 4 situés sur une droite passant par le centre du trou 9 et inclinée de 450 par rapport à la direction des lignes de la matrice, par des pistes 12 et 14 respectivement. En outre, la couche conductrice comporte des pistes parallèles aux lignes de la matrice, telles que la piste 42 équidistante des trous 6 et 9 et telles que la piste 43 équidistante des trous 9 et 8; et des pistes parallèles aux colonnes de la matrice, telles que la piste 40 équidistante des trous 9 et 5 et telles que la piste 41 équidistante des trous 9 et 7. Les pistes parallèles aux lignes et les pistes parallèles aux colonnes de la matrice se coupent en des points d'intersection qui sont communs aussi aux pistes faisant un angle de 450 et aux pistes faisant un angle de 1350 par rapport à la direction des lignes de la matrice. Par exemple, les pistes 40 et 42 ont un point d'intersection 44 qui est aussi le point d'intersection des pistes 11 et 49 reliant la couronne 21 à la couronne 29 et la couronne 25 à la couronne 26, respectivement. Le circuit imprimé préfabriqué ainsi constitué doit être modifié pour être adapté à un circuit particulier à réaliser. Cette adaptation consiste à couper un certain nombre de pistes qui réalisent des liaisons indésirables. Chaque coupure est réalisée en perçant un trou borgne de diamètre 0,4 mm, centré sur l'axe de la piste. Sur les figures les emplacements des coupures possibles sont représentés par des cercles en pointillés. Par exemple, les liaisons entre la couronne 29 du trou 9 et les couronnes 21 à 28 des trous voisins, ainsi que les liaisons avec les pistes 40 à 43 peuvent être coupées en perçant des trous borgnes aux emplacements référencés 31 à 38. Pour couper les liaisons entre les pistes parallèles aux lignes et les pistes parallèles aux colonnes quatre coupures sont possibles à chaque point dtintersection. Par exemple, pour le point d'intersection 44, des coupures aux emplacements 45 et 47 per mettent d'isoler la piste 42 par rapport à deux portions de la piste 40. Deux coupures aux emplacements 46 et 48 permettent d'isoler la piste 40 par rapport à deux portions de la piste 42. Ce réseau de pistes conductrices permet, en principe, de relier la couronne conductrice de n'importe quel trou å la couronne conductrice de n'importe quel autre trou sans avoir à utiliser de fils rapportés. Le choix des pistes non coupées et le choix des emplacements de coupure peut être réalisé au moyen d'un ordinateur en utilisant un programme de conception assistée par ordinateur. utilisé classiquement pour la conception des circuits imprimés. Ce programme est modifié pour tenir compte de la forme particuliere du circuit imprimé préfabrique, qui est imposée au départ et qui ne comporte qu'une piste entre chaque trou destiné aux composants. Un tel programme fournit å une perceuse à commande numérique les données de perçage pour couper toutes les pistes qui doivent l'être.La réalisation d'un tel programme est à la portée d'un ingénieur spécialisé dans la réalisation de programmes de conception assistée par ordinateur. Selon une variante, le premier exemple de réalisation décrit ci-dessus peut ne pas comporter de pistes 40, 41 parallèles aux colonnes de la matrice de trous ; ou ne pas comporter de pistes 42, 43 parallèles aux lignes de la matrice. Une carte de circuit imprimé double face peut être réalisée au moyen d'une couche isolante comportant deux couches conductrices conformes à la description précédente. Il est possible de prévoir des liaisons à travers la plaque isolante en métallisant tous les trous destinés à l'insertion des composants, les liaisons inutilisées pouvant être supprimées par un reperçage du trou métallisé correspondant, afin d'enlever sa métallisation . Il est possible de calculer un ordre de grandeur du temps de fabrication d'un circuit imprimé particulier, par exemple à partir d'un circuit imprimé préfabriqué comportant 71 x 39 trous d'insertion de composants et au moyen d'une perceuse numérique classique ayant une cadence de 200 trous par minute. Si on suppose que toutes les pistes sont à couper, il y a 12 coupures à réaliser. pour chaque trou d'insertion de composant. Ce chiffre est à multiplier par deux pour un circuit imprimé comportant deux couches conductrices identiques à celles représentées sur la figure 1. Le nombre maximal de coupures à réaliser est de l'ordre de 67000 et le temps de réalisation est donc de l'ordre de quelques heures.Le nombre de coupures à réaliser en fait est environ deux fois plus petit que le nombre maximal, car certaines pistes doivent subsister pour constituer de longues liaisons ou constituer des plans de masse. D'autre part, il est à remarquer qu'une perceuse classique possède deux ou trois têtes permettant de réaliser en parallèle deux ou trois circuits Identiques. Des moyens de découpage à laser peuvent réduire à quelques minutes le temps nécessaire à la réalisation de toutes les coupures. Les figures 2 et 3 représentent respectivement deux variantes de l1 exemple de réalisation représenté sur la figure 1. Sur la figure 2 les pistes parallèles aux lignes, telles que les pistes 42 et 43, sont supprimées. Par contre, les pistes parallèles aux colonnes, telles que les pistes 40 et 41, sont dédoublées sous la forme de deux pistes parallèles 51 et 52, de largeur 0,2 mm, séparées par un espace constant de 0,4 mm. Dans cet espace il y a périodiquement des ponts conducteurs 53, 54, 55 à intervalles réguliers correspondants au pas des trous destinés à l'insertion des composants. Chaque pont conducteur, tel que le pont 54, est équidistant du centre de 4 trous. Chacun de ces ponts peut être coupé en perçant un trou borgne de diamètre 0,4 mm, ce qui permet de rendre indépendant et les pistes 51 et 52. Cette variante de réalisation permet donc de faire passer deux pistes entre deux colonnes de la matrice de trous. La variante de réalisation représentée sur la figure 3 permet de faire passer deux pistes entre deux lignes de trous destinés à l'insertion des composants. Elle est très semblable à la variante précédente mais la forme des pistes est déduite de celles des pistes représentées sur la figure 2 par une rotation de 900. La piste 42 de l'exemple de réalisation de la figure l est dédoublée sous la forme de deux pistes parallèles 61 et 62, de largeur 0,2 mm, séparées par un espace constant de 0,4 mm. Les pistes 61 et 62 sont reliées à intervalles réguliers par des ponts conducteurs 63, 64, 65, chacun de ces ponts étant équidis- tant de quatre trous destinés à l'insertion des composants. Ces ponts conducteurs peuvent être supprimés en perçant un trou borgne de diamètre de 0,4 mm, afin de rendre indépendantes les pistes 61 et 62. Cette variante permet donc de faire passer deux pistes, au lieu d'une, entre deux lignes de la matrice de trous. Une carte de circuit imprimé double face peut être constituée au moyen d'une plaque isolante supportant deux couches conductrices réalisées respectivement selon ces deux variantes, une face du circuit imprimé favorisant les liaisons dans le sens des colonnes de la matrice de trous et l'autre face favorisant les liaisons dans le sens des lignes de la matrice. Une carte de circuit imprimé multicouche peut être réalisée en superposant trois couches isolantes et quatre couches conductrices. Les deux couches conductrices externes sont conformes, par exemple, au premier exemple de réalisation décrit précédemment et représenté sur la figure 1, ou sont conformes au deuxième et au troisième exemple de réalisation décrits précédemment et représentés sur les figures 2 et 3. Les deux couches conductrices intérieures sont destinées à deux tensions d'alimentation et ont une forme particulière qui est illustrée par les figures 4 et 5. Sur la figure 4, la couche conductrice représentée comporte des trous 70 destinés à l'insertion des composants et répartis selon une matrice au pas de 2,54 mm. Chaque trou 70 est entouré d'un plot constitué d'une couronne conductrice 71 qui est séparée, par un espace 72 en forme de couronne, par rapport à un plan conducteur 73, s'étendant sur l'ensemble de la surface de la carte de circuit imprimé. Chaque couronne conductrice 71 est reliée au plan conducteur 73 par un pont conducteur 74, de largeur 0,2 mm, pouvant être coupé au moyen d'un perçage à travers toutes les couches de la carte de circuit imprimé multicouche. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 4, les ponts conducteurs 74 sont constitués par des portions de pistes situées sur des droites passant par le centre des trous 70, et faisant un angle de 22030' ou de 202030' par rapport à la direction des lignes de la matrice. Ainsi, si le trou 70 représenté sur la figure 4 correspond au trou 9 représenté sur la figure 1, la coupure du pont 74 est réalisée par un perçage situé entre les pistes 17 et 12 et qui ne coupe donc pas ces pistes. La figure 4 représente un exemple de réalisation dans lequel l'angle de l'orientation des ponts conducteurs est égale à 22030' pour une colonne de trous sur deux et est égal à 202030' pour les autres colonnes de trous. Dans d'autres exempies cet angle peut être égal à 2po30', respectivement 202030', pour tous les trous. La figure 5 représente l'autre couche conductrice intérieure de la carte de circuit imprimé multicouche, destinée à apporter une autre tension d'alimentation. Sa forme se déduit de celle représentée sur la figure 4, par une rotation de 900. Le même trou 70, destiné à l'insertion des composants, est entouré par une couronne conductrice 81 reliée par un pont conducteur 84 à un plan conducteur 83. Un espace 82, . en forme de couronne centrée sur le trou 70, isole la couronne 81 par rapport au plan conducteur 83. Un perçage à travers toutes les couches de la carte de circuit imprimé multicouche permet de couper le pont conducteur 84.Ce perçage ne coupe pas les pistes des autres couches de la carte de circuit imprimé car le pont 84 est constitué par une portion de piste située sur une ligne passant par le centre du trou 70 et faisant un angle de 67030' ou de 112 30' par rapport à la direction des lignes de la matrice. Par exemple, si le trou 70 représenté sur la figure 5 correspond au trou 9 représenté sur la figure 1, le perçage de coupure du pont 84 passe entre les pistes 18 et 13 sans les endommager. La figure 5 représente un exemple de réalisation dans lequel l'angle de l'orientation des portions de piste est égal A 67030' pour une colonne de trous sur deux et est égal à 112030 pour les autres colonnes de trous. Dans d'autres exemples cet angle peut être égal à 67030', respectivement 112030?, pour tous les trous. La figure 6 représente un quatrième exemple de réalisation d'une carte de circuit imprimé selon l'invention. Elle comporte deux couches conductrices identiques, de part et d'autre d'une couche isolante. Elle est prévue pour porter des composants montés en surface (CMS). Chaque couche conductrice a une forme dérivée de celle du premier exemple. Elle comporte une matrice de trous 90, avec un intervalle régulier de 1 mm dans la direction des lignes et dans la direction des colonnes. Ces trous 90 sont des trous métallisés destinés à établir des liaisons entre les deux couches conductrices. Ces trous ont un diamètre de 0,3 mm, mais ils sont de préférence remplis de métal pour qu'ils n'absorbent pas la pâte de brasage destinée à souder les composants CMS. Chaque trou est entouré d'un plot 99 pour souder une connection de composant. Ce plot 99 a une forme carrée de 0,4 mm de côté. Il est relié par quatre portions de pistes, 91 à 94, à quatre plots voisins situés sur les diagonales de la matrice ; et il est relié par quatre portions de pistes, 95 å 98, à quatre plots voisins situés respectivement sur la même ligne et sur la même colonne que le plot 99. Des pistes, 100 et 101, parallèles aux colonnes de la matrice et des pistes 102 parallèles aux lignes de la matrice, traversent toutes la carte en passant à mi-distance entre les plots. Toutes les pistes ont une largeur de 0,15 mm et peuvent être coupées en perçant des trous borgnes de diamètre 0,2 mm au moyen d'une perceuse classique. Naturellement, une carte de circuit imprimé multicouche peut comporter deux couches externes conformes à la figure 6 et deux couches internes, destinées aux alimentations, ayant une forme analogue à celles représentées sur les figures 4 et 5. L'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits ci-dessus. De nombreuses variantes sont à la portée de l'homme de l'art, notamment en ce qui concerne le pas de la matrice, la forme des plots, la largeur des pistes et des plots, le diamètre des trous destinés à l'insertion des composants et aux liaisons à travers la carte, et le diamètre des perçages destinés à couper les pistes. Les coupures de pistes peuvent être réalisées au moyen d'une perceuse à forets, mais peuvent aussi être réalisées par tout moyen permettant d'enlever de la matière . L'invention est applicable plus particulièrement à la réalisation de circuits prototypes pour des dispositifs logiques à faible vitesse. REVENDICATIONS 1. Carte de circuit imprimé pour la réalisation de prototypes, comportant au moins une couche isolante et une couche conductrice, cette couche conductrice comportant des plots (21 à 29) pour permettre le soudage de connexions de composants, ces plots (29) étant situés à intervalles réguliers sur les lignes et les colonnes d'une matrice, caractérisée en ce que chaque plot (29) est relié par quatre pistes (11 à 14) à quatre plots voisins (21 à 24) dont les centres sont situés sur des directions inclinées à 450 par rapport aux lignes et aux colonnes de la matrice, certaines de ces pistes étant destinées à être coupées pour obtenir un circuit imprimé particulier. 2. Carte de circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche conductrice comporte en outre, pour chaque colonne de la matrice de plots (21 à 29), une piste (16, 18) reliant toutes les plots (26, 29, 28) de cette colonne, cette piste (16, 18) étant destinée à être coupée à certains endroits (36, 38) pour obtenir un circuit particulier. 3. Carte de circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche conductrice comporte en outre, pour chaque ligne de la matrice de plots, une piste (15, 17) reliant tous les plots (25, 29, 27) de cette ligne, cette piste (15, 17) étant destinée à être coupée à certains endroits (35, 37) pour obtenir un circuit particulier. 4. Carte de circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque piste correspondant å une colonne est dédoublée en deux pistes conductrices parallèles (51, 52) reliées à intervalles réguliers par des ponts conducteurs (53 à 55), certains de ces ponts étant destinés à être coupés pour obtenir un circuit particulier. 5. Carte de circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque piste correspondant à une ligne est dédoublée en deux pistes conductrices parallèles (61, 62) reliées à intervalles réguliers par des ponts conducteurs (63 à 65), certains de ces ponts étant destinés à être coupés pour obtenir un circuit particulier. 6. Carte de circuit imprimé multicouche pour la réalisation de prototypes, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une couche constituée par un circuit imprimé selon l'une des revendications 1 à 5, et au moins une couche dite d'aliments~ tion, constituée par une couche isolante et par une couche conductrice, cette dernière comportant : une matrice de trous métallisés (70) ; un plot conducteur (71), autour de chaque trou métallisé (70) ; et un plan conducteur continu (73) séparé de chaque plot (71) par un espace d'isolement (72), chaque plot (71) étant relié au plan conducteur (73) par un pont conducteur (74) destiné à être coupé pour obtenir un circuit particulier, et situé sur une droite passant par le centre du trou métallisé (70) et inclinée de 22030' par rapport aux lignes ou aux colonnes de la matrice de trous (70). 7. Carte de circuit imprimé multicouche, selon la revendication 6. caractérisée en ce qu'elle comporte deux couches d'alimentation et en ce que les ponts conducteurs (74 et 84) des deux couches d'alimentation, pour un même trou métallisé (70), sont situés sur deux droites de direction différente. 8. Carte de circuit imprimé selon l'une des revendications 1 à 7, destinée à supporter des composants à connexion par fils, caractérisée en ce que les plots (21 à 29) de chaque couche conductrice ont la forme d'une couronne centrée sur le centre d'un trou (1 à 9) destiné à recevoir un fil de connexion de composant. 9. Carte de circuit imprimé selon l'une des revendications 1 à 7, destinée à supporter des composants à montage en surface (CMS), caractérisée en ce que les plots (99) de chaque couche conductrice externe ont la forme d'un carré.