Brevet FR2648305A1 — publié le 19901214

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un boitier pour circuit électronique et un boitier pour circuit électronique obtenu selon ce procédé, notamment pour véhicule automobile. Le développement de l'électronique dans l'industrie automobile et le manque de place disponi- ble dans les véhicules, conduisent souvent i intégrer les boitiers pour circuit électronique aux organes de commande ou à commander de celui-ci. Ce concept implique l'utilisation de boi- tiers présentant des formes adaptées aux applications, c'est à dire des boitiers en trois dimensions qui ne soient plus de forme parallélépipédique. Dans la terminologie utilisée par la suite, on considère qu'un circuit comprend un substrat sur lequel est déposée une circuiterie d'interconnexion des composants. Le substrat recevant la circuiterie d'interconnexion des composants électroniques peut être plat, c'est à dire en deux dimensions, et compa- rable à un circuit imprimé classique ou avoir une forme particulière en trois dimensions permettant son association à un organe particulier du véhicule. La circuiterie épouse quant à elle la forme du substrat et est donc en deux ou trois dimensions selon les applications. Les modes de report et de brasage des composants dans des technologies éprouvées imposent pour les boitiers pour circuit électronique, une circuiterie en deux dimensions, tandis que l'intégration du boitier i l'organe de commande ou à commander du véhicule, dans des formes géométriques variées, impose un substrat en trois dimensions. Par ailleurs, les applications dans le domaine de l'industrie automobile demandent certaines performances spécifiques, à savoir: - une intégration de la connectique au substrat; - la fixation du boitier sur l'organe de commande ou à commander du véhicule; - un dispositif permettant un refroidisse- ment par conduction dans le cas de boltiers de puis- sance. Ces différentes performances peuvent être obtenues par des technologies de moulage de boitiers associant des inserts. C'est pourquoi l'invention concerne notam- ment des circuits en trois dimensions comportant une circuiterie en deux dimensions associée à un substrat en trois dimensions utilisant des boitiers obtenus par moulage et comportant des inserts métalliques. Dans les techniques classiques, la circui- terie est obtenue en deux étapes, à savoir l'imageage et la métallisation. L'opération d'imageage sur le substrat con- siste à définir la topologie de la circuiterie qui devra être réalisée. Cette topologie est obtenue par des caches qui, selon les procédés de fabrication utilisés, sont déposés par sérigraphie ou révélés par des procédés photographiques sur le substrat. Pour des définitions moyennes de 300 à 400 microns de gravure, la sérigraphie de vernis répond aux besoins tandis que pour des définitions de gravu- re plus précises, le dépôt de films secs ou liquides photosensibles est nécessaire. L'utilisation de vernis photosensibles pouvant être traités par sérigraphie, permet également d'obtenir des circuits à haute définition. Dans tous les cas de figure, l'opération d'imageage est une opération unitaire car on travaille directement sur un substrat. Cette opération peut faire appel à des procédés automatiques. Cependant, on ne peut travailler que sur un seul substrat à la fois et il est donc difficile d'améliorer les cadences de production des boitiers. Les procédés de métallisation du substrat se classent en deux familles, à savoir les méthodes addi- tives et les méthodes soustractives. La méthode additive consiste à métalliser par croissance électrolytique, du cuivre sur les zones du substrat non recouvertes par le vernis déposé dans la phase d'imageage. On peut également inclure dans la méthode additive, les procédés de sérigraphie d'encres conduc- trices définissant la circuiterie. Dans ce cas de figure, l'imageage se fait par un écran de sérigraphie. La méthode soustractive consiste à éliminer le matériau conducteur non protégé par le vernis de l'imageage. Cependant, tous ces procédés présentent un certain nombre d'inconvénients dans la mesure o comme on l'a mentionné précédemment, on travaille directe- ment sur le substrat et on ne peut donc réaliser qu'un seul bottier à la fois d'o il résulte des prix de revient relativement élevés. Le but de l'invention est donc de résoudre ces problèmes en proposant un procédé de fabrication d'un bottier pour circuit électronique qui soit simple, fiable, pouvant être largement automatisé et autorisant une cadence de fabrication très élevée. Par ailleurs, le procédé suivant l'invention a également pour but de réaliser les opérations d'ima- geage et de métallisation par des procédés mécaniques à très haute productivité. A cet effet. l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un boitier pour circuit électronique du type comportant un substrat, une circuiterie d'interconnexion de composants électro- niques, des moyens de connexion électrique et des moyens de fixation de ce boîtier sur un support de forme quelconque, caractérisé en ce que la circuiterie d'interconnexion des composants est réalisée indépen- damment du substrat en opérant une première découpe d'une feuille de matériau conducteur pour obtenir une ébauche de circuiterie, en fixant cette ébauche de circuiterie sur une feuille de matériau isolant, en opérant une deuxième découpe de cette ébauche et de cette feuille de matériau isolant pour obtenir la circuiterie d'interconnexion finale et enfin, en fixant cette circuiterie sur le substrat. Avantageusement, les feuilles de matériaux conducteur et isolant se présentent sous la forme de bandes dans lesquelles sont pratiqués lors de la première opération de découpe, des trous d'indexation de position, d'entraînement de bandes, ainsi que des découpes fonctionnelles déterminant, dans la feuille de matériau conducteur, des portions conductrices, et dans la feuille de matériau isolant, des portions d'exposition de parties de la circuiterie. Avantageusement également, la fixation de l'ébauche de circuiterie sur la feuille de matériau isolant et la fixation de la circuiterie finale sur le substrat, sont réalisées par collage. L'invention sera mieux comprise i l'aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la Fig.1 représente un exemple d'intégra- tion d'un boîtier pour circuit électronique en trois dimensions, sur un organe de commande ou à commander d'un véhicule automobile; - la Fig.2 représente un organigramme illus- trant différentes étapes d'une première partie d'un procédé selon l'invention; - les Fig.3A, 3B. 3C illustrent trois étapes d'un procédé selon l'invention, pour la fabrication d'une circuiterie pour un boitier pour circuit électronique; la Fig.4 représente un organigramme il- lustrant différentes étapes d'une seconde partie d'un procédé selon l'invention; et - la Fig.5 représente un organisme illus- trant différentes étapes d'une troisième partie d'un procédé selon l'invention. Ainsi qu'on peut le voir sur la Fig.1, qui représente un exemple de réalisation d'un boitier pour circuit électronique obtenu par un procédé de fabrica- tion selon l'invention, celui-ci comporte un substrat 1 constitué par exemple par la partie de fond du boîtier, présentant une face inférieure 2 de forme complémentaire à celle d'une surface extérieure 3 d'un organe de commande ou a commander 4 d'un véhicule automobile, sur lequel doit être monté ce boîtier pour circuit électronique. Ce substrat 1 comporte un certain nombre d'inserts métalliques entrant dans la constitution par exemple de connecteurs d'entrée et de sortie respecti- vement 5 et 6, et d'un dissipateur thermique 7. Le connecteur d'entrée 5 permet de relier les composants électroniques de ce boîtier au reste des circuits du véhicule, tandis que le connecteur de sortie 6 est adapté pour coopérer avec un connecteur de raccordement 8 de l'organe de commande ou à com- mander, pour la transmission des informations entre le boitier et l'organe. Ces connecteurs 5 et 6 sont reliés à une circuiterie d'interconnexion de composants 9 diposée sur le substrat, dont le procédé de fabrication sera décrit plus en détail par la suite, et sur laquelle sont déposés des composants électroniques 10. Le boîtier est également muni d'un couver- cle de protection 11. Ce substrat peut être réalisé en tout maté- riau approprié, comme par exemple en matière plastique ou autre, supportant les différentes contraintes liées à une utilisation dans un environnement automobile. L'ensemble de boitier peut par exemple être obtenu par moulage. Si l'on se reporte maintenant à la Fig.2 qui représente un organigramme illustrant une première partie d'un procédé de fabrication selon l'invention, en 12 et 13, sont représentées deux étapes initiales du procédé de fabrication, dans lesquelles, par exemple en 12, un matériau conducteur est stocké par exemple sous forme de bandes, en rouleau. Ce matériau conducteur peut être constitué par du cuivre, du nickel ou un autre matériau. En 13, une bande de matériau isolant se présente également sous forme de bande, en rouleau, ce matériau isolant étant constitué de tout matériau approprié. Lors des étapes 14 et 15, sont prévues des premières opérations de découpe respectivement des bandes de matériau conducteur et de matériau isolant pour former dans ces bandes de matériau, d'une part, une ébauche de circuiterie ainsi que des trous d'indexation de position et d'entraînement de bande pour le matériau conducteur, et d'autre part, des trous d'indexation de position et d'entraînement de bande ainsi que des portions d'exposition de parties de la circuiterie, qui seront décrites plus en détail par la suite, pour le matériau isolant. Les feuilles de matériau conducteur et de matériau isolant sont ensuite collées l'une sur l'au- tre, par exemple dans l'étape 16, ce collage étant réalisé par exemple par passage entre deux rouleaux chauffants. Après cette étape de collage 16, est prévue une étape de découpe 17 lors de laquelle est opérée une découpe finale à la fois de l'ébauche de circui- terie et de la feuille de matériau isolant pour obtenir la circuiterie d'interconnexion finale qui est mise en rouleau à l'étape 18, polymérisée en 19 et enfin stockée en 20. Comme on peut le voir sur la figure 3A, qui représente une bande de matériau conducteur 21 après passage dans la première étape de découpe, c'est à dire après l'étape 14 décrite en regard de la Fig.2. celle-ci comporte des trous 22 d'entrainement de la bande de matériau conducteur, des trous 23 d'indexa- tion de position permettant lors du collage de repérer les positions relatives de la bande de matériau conducteur et de la bande de matériau isolant pour leur fixation, et enfin des découpes 24 déterminant une ébauche de circuiterie. Sur la Fig.38, on a représenté une bande 25 de matériau isolant. Cette bande 25 comporte également des trous d'entrainement 26, des trous d'indexation de position 27 ainsi que des découpes 28 permettant d'exposer des parties de la circuiterie, par exemple pour la connexion de celles-ci aux connecteurs d'entrée et de sortie ou autres. Dans un premier temps ces deux bandes de matériaux conducteur et isolant sont donc traitées séparément et, dans un deuxième temps, amenées dans un poste de collage dans lequel la bande de matériau conducteur et la bande de matériau isolant, prédécou- pées, sont fixées l'une sur l'autre par exemple par collage avant leur passage dans une nouvelle étape de découpe dont le résultat est représenté su.r la Fig.3C. Cette Fig. 3C représente une bande d'éléments de cir- cuiterie 29 présentant des trous 30 d'entraînement de la bande, des trous d'indexation de position 31, des éléments de circuiterie complète 32 obtenus après la seconde découpe des bandes décrites en regard des Fig.3A et 3B, et enfin des ébauches de rupture 33 per- mettant de séparer les éléments de circuiterie du reste de la bande pour permettre la fixation de l'un de ceux-ci sur un substrat. Comme on peut le voir sur la Fig.4 qui il- lustre une seconde partie d'un procédé de fabrication selon l'invention, la bande d'éléments de circuiterie 29 obtenue après découpe définitive des bandes de matériaux isolant et conducteur entre, en 34, dans le cycle décrit, en vue de son association avec un rouleau d'adhésif 35 et un substrat 36 fabriqué indépendamment de la circuiterie, comme mentionné précédemment. En 37 et 38, la bande d'éléments de cir- cuiterie ainsi que la bande d'adhésif 35 sont mises au format du substrat 36 et en 39, est prévue une étape de fixation d'un élément de circuiterie décrit - 2648305 B précédemment et prélevé dans la bande 29, sur le substrat 36 par l'intermédiaire de l'adhésif 35. Une opération de polymérisation est prévue en 40 et un stockage en 41. Dans le cas d'un circuit en trois dimensions dissipant de la puissance, c'est à dire que le sub- strat comporte un insert métallique intégré de moulage et faisant office de dispositif de dissipation de cha- leur, le collage se fait de la même façon mais en rem- plaçant la feuille d'adhésif par un film plastique par exemple en polyimide comportant de la colle sur chaque face. En effet, l'adhésif n'est pas un isolant suffisant si le matériau conducteur est collé en regard de l'insert. Il est également à noter que dans le procédé décrit précédemment, le film isolant supportant la circuiterie doit servir de vernis épargne pour les opérations de report et de brasage des composants qui seront décrites plus en détail par la suite. C'est donc la partie de matériau conducteur qui est collée sur la face supérieure du substrat. Sur la Fig.5, on a représenté une troisième partie du procédé de fabrication selon l'invention. Le produit obtenu après la seconde partie du procédé selon l'invention est prêt à recevoir les composants pour montage en surface et réaliser ainsi un produit fini. On part de l'étape 42, qui illustre le pro- duit obtenu précédemment et comportant le substrat en combinaison avec la circuiterie. En 43, est prévue une étape de sérigraphie de pite à braser sur les plots de brasage de compo- sants et en 44, est prévue la dépose des composants 1 o sur la circuiterie et le substrat. Ensuite, en 45 ou 46, est prévu un brasage collectif de l'ensemble des composants par un procédé en phase vapeur ou en infrarouge avant une phase de nettoyage en 47 et l'obtention d'un produit fini en 48. On conçoit donc que le substrat et la cir- cuiterie sont réalisés indépendamment l'un de l'autre, la circuiterie étant elle-même réalisée en deux parties, une partie à partir d'une feuille de maté- riau conducteur et une autre à partir d'une feuille de matériau isolant. Ces deux feuilles sont découpées une première fois puis collées l'une sur l'autre et enfin découpées une deuxième fois afin d'obtenir une circuiterie adaptée pour être fixée sur le substrat par exemple par collage. Ceci permet d'augmenter les cadences de fabrication de ce type de boitiers dans la mesure ou les différentes opérations décrites précédemment peuvent être réalisées indépendamment pour ce qui est de la fabrication du substrat et de la circuiterie et automatisées. 1 1 REVENOICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un boitier pour circuit électronique du type comportant un susbtrat (1), une circuiterie (9) d'interconnexion de compo- sants électroniques (10), des moyens de connexion électrique (5,6) et des moyens de fixation (2) de ce boitier sur un support de forme quelconque (4) ca- ractérisé en ce que la circuiterie d'interconnexion des composants est réalisée indépendamment du substrat en opérant une première découpe d'une feuille de matériau conducteur (21) pour obtenir une ébauche de circuiterie, en fixant cette ébauche de circuiterie sur une feuille de matériau isolant (25), en opérant une deuxième découpe de cette ébauche et de cette feuille de matériau isolant pour obtenir la circuite- rie d'interconnexion finale et enfin, en fixant cette circuiterie sur le substrat. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les feuilles de matériaux conducteur (21) et isolant (25) se présentent sous la forme de bandes dans lesquelles sont pratiqués lors de la première opération de découpe des trous d'indexation de position (23; 27), d'entrainement de bande (22; 26) ainsi que des découpes fonctionnelles (24; 28) délimitant dans la feuille de matériau conducteur. des portions conductrices, et dans la feuille de matériau isolant, des portions d'exposition de parties de la circuiterie. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la fixation de l'ébauche de circuit sur la feuille de matériau isolant (25) est réalisée par collage. 4. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que la fixation de la circuiterie sur le substrat est réali- sée par collage. 5. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce qu'après collage de la circuiterie d'interconnexion sur le substrat on fixe les composants (10) sur la circuiterie d'interconnexion. 6. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat (1) comporte des inserts métalliques entrant dans la constitution de connecteurs d'entrée et de sortie (5. 6) du bottier et d'un dissipateur thermique (7) et en ce qu'une feuille de polyimide est inter- posée entre la circuiterie et le substrat. 7. Procédé selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en ce que la cir- cuiterie est fixée sur le substrat avec la face de matériau conducteur tournée vers le substrat, la face de matériau isolant de celle-ci faisant fonction de vernis épargne. 8. Boitier pour circuit électronique de type comportant un substrat (1), une circuiterie (9) d'in- terconnexion de composants électroniques (10), des moyens de connexion électrique (5,6) et des moyens de fixation (2) de ce boitier sur un support de forme quelconque (4), caractérisé en ce qu'il est obtenu au moyen d un procédé selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes.