Brevet FR2659174A1 — publié le 19910906

L'invention concerne des connecteurs destinés à connecter un support de puces à circuits intégrés à une plaquette à circuits imprimés, et plus particulièrement un connecteur qui constitue un assemblage divisible et un boîtier global relativement plat. Lors de la mise sous boîtier d'un composant électronique pour un calculateur de poche ou portatif, une exigence devant être strictement respectée est que la hauteur du composant, une fois monté sur une plaquette à circuits imprimés, soit nécessairement maintenue à un minimum Des puces de circuits intégrés sont classiquement portées par des modules qui sont analogues à des plaquettes à circuits imprimés miniatures sur lesquelles un dessin d'interconnexion et des plots de contact sont déposés. Pour une utilisation dans des calculateurs portatifs et de poche, on a à présent développé un nouveau boîtier de circuits intégrés qui est constitué d'une mince plaquette à circuits imprimés traversée d'un réseau de trous métal- lisés La face inférieure de la plaquette à circuits possède un réseau de plots de contact reliés chacun à un trou métallisé correspondant Chaque plot de contact possède une connexion électrique, à travers le trou, avec la face supérieure de la plaquette à circuits, qui est habituellement très mince, ce qui permet au diamètre des trous métallisés d'être très faible, par exemple de l'ordre de 0,10 mm Sur la face supérieure de la plaquette à circuits, une zone est conçue pour le montage de la puce à circuits intégrés, zone entourée par des plots, sur lesquels une connexion automatisée par fil ou par ruban, ou analogues, à partir de la puce peut être réalisée Ces plots sont habituellement agencés en une configuration rectangulaire, correspondant au réseau périphérique de plots de connexion sur la puce à circuits intégrés A partir de ces plots, des conducteurs partent chacun vers un trou métallisé correspondant sur la plaquette à circuits. Par conséquent, chacun des plots de la puce est connecté électriquement à un plot de contact correspondant sur la face inférieure de la plaquette à circuits imprimés. Après que la puce à circuits intégrés a été reliée à la plaquette à circuits imprimés, la plaquette est insérée dans un moule et une matière plastique est injectée, enrobant la puce et une partie importante de la zone de la plaquette à circuits imprimés sur la surface portant la puce Dans la zone extérieure à la puce, la matière plastique injectée entre dans les trous métallisés. Etant donné que la matière plastique moulée par injection ne possède pas de caractéristiques de liaison analogues à un adhésif avec la matière sur laquelle elle est injectée, l'ancrage mécanique est obtenu par la matière plastique entrant dans les trous qui, du fait du processus de fabrication, présentent des irrégularités de surface réparties de façon sensiblement uniforme, et on obtient ainsi une force d'ancrage importante. Dans une version de ce boîtier, la face inférieure de la plaquette à circuits imprimés qui est peuplée de plots de contact est également peuplée de billes de soudure Ce sous-ensemble est ensuite placé sur le dessus d'une plaquette à circuits plus grande, qui comporte des plots de contact correspondants, et la pièce est soumise à une refusion ou soudée en place Ce procédé de fixation d'un composant à une plaquette à circuits présente deux inconvénients majeurs Un premier inconvénient est que, en raison de la disparité des coefficients de dilatation, la dimension du boîtier est limitée à de très faibles valeurs, par exemple 6,35 mm au carré Des pièces plus grandes fixées de cette manière présentent des ruptures des connexions soudées Un second inconvénient est qu'il existe de nombreuses circonstances dans lesquelles on a besoin, en plus de boîtiers plus grands et de nombres de conducteurs plus grands, d'un boîtier séparable En plus de l'exigence d'une possibilité de séparation, qui peut être satisfaite par des assemblages tels que ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 4 699 593, il existe des exigences supplémentaires de densités auxquelles l'assemblage décrit dans le brevet précité devient impossible à réaliser, et la hauteur d'un tel assemblage est excessive, en particulier dans le cas o les exigences de calculateurs portatifs ou de poche sont satisfaites. L'invention a donc pour objet principal de proposer un assemblage de connecteur séparable qui réalise une connexion à haute densité d'un module de-puce à circuits intégrés sur une plaquette à circuits imprimés. Un autre objet de l'invention est de proposer un tel assemblage en une structure aplatie qui satisfait les exigences de calculateurs portatifs ou de poche. Les objets précédents et d'autres objets sont réalisés conformément aux principes de l'invention par un connecteur électrique qui comprend plusieurs éléments de contact maintenus dans un réseau plan par un moyen de maintien diélectrique Chacun des éléments de contact comporte des parties coudées qui sortent du plan du réseau dans des directions opposées pour porter contre certains, respectifs, des réseaux plans de plots de contact du composant et des plaquettes à circuits à interconnecter. Conformément à un aspect de l'invention, il est proposé un assemblage de connecteur qui comprend le connecteur décrit ci-dessus ainsi que des moyens de fixation destinés à positionner et maintenir le connecteur entre des substrats présentant des surfaces sur lesquelles les plots de contact sont disposés en réseaux. Conformément à un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de fabrication du connecteur qui comprend les étapes consistant à utiliser une feuille conductrice, à enlever de la matière de la feuille conductrice afin de laisser un réseau de zones de matières, chacune des zones ayant une configuration prédéterminée pour être utilisée en tant qu'élément de contact, les zones de matière étant interconnectées par des bandes de matière relativement étroites, à prévoir deux couches de matière diélectrique, à perforer les couches de matière diélec- trique pour former des ouvertures dans une configuration correspondant au réseau de la matière des éléments de contact sur la feuille conductrice, à former un stratifié de la feuille conductrice entre les deux couches de matière diélectrique, et à perforer le stratifié suivant une configuration correspondant aux bandes étroites afin de sectionner les bandes étroites et de séparer les unes des autres les zones de la matière des éléments de contact, tandis que les voiles restants des feuilles isolantes continuent de maintenir les éléments de contact, à présent séparés, dans des positions précises et prédéterminées les unes par rapport aux autres. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale, suivant la ligne 1-1 de la figure 2, d'un assemblage de connecteur électrique réalisé conformément aux principes de l'invention; la figure 2 est une vue en plan de dessus de l'assemblage de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan de dessous de l'assemblage de la figure 1; la figure 4 est une vue en bout de l'as- semblage de la figure 1; la figure 5 est une vue éclatée des éléments de fixation de l'assemblage de la figure 1; la figure 6 est une vue en plan de dessus du connecteur qui peut être utilisé dans l'assemblage de la figure 1, illustrant des étapes de sa formation; - la figure 7 est une vue en bout du connecteur de la figure 6; la figure 8 est une vue en coupe à échelle agrandie suivant la ligne 8-8 de la figure 6; et les figures 9 A et 9 B sont des vues en plan et en bout, respectivement, d'une autre forme de réalisation d'un élément de contact pour le connecteur de la figure 6. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un assemblage de connecteur électrique réalisé conformé- ment aux principes de l'invention L'assemblage de connecteur a pour fonction de monter un boîtier de circuits intégrés sur une plaquette 10 à circuits imprimés d'un système d'une manière séparable tout en établissant en même temps des connexions électriques entre des plots de contact situés sur le boîtier de circuits intégrés et des plots de contact situés sur la plaquette 10 à circuits imprimés du système Le boîtier de circuits intégrés comprend une puce 12 de circuits intégrés montée sur une plaquette miniature 14 à circuits imprimés au moyen de fils 16 De la matière plastique 18 est surmoulée sur la puce 12 Comme décrit précédemment, la plaquette miniature 14 à circuits est perforée de trous métallisés, de préférence en un réseau rectangulaire Sur la face inférieure de la plaquette miniature 14 à circuits sont prévus des plots de contact associés chacun à un trou métallisé respectif et en contact avec lui Les fils 16 sont reliés à des plots de contact situés sur la surface supérieure de la plaquette 14 à circuits, plots de contact desquels des conducteurs divergent vers des trous métallisés respectifs Par conséquent, chacun des fils 16 est associé à un plot de contact correspondant sur la face inférieure de la plaquette miniature 14 dans un circuit imprimé La plaquette 10 à circuits imprimés du système porte sur sa surface supérieure 20 un réseau de plots de contact correspondant aux plots de contact situés sur la surface inférieure de la plaquette miniature à circuit 14, ou d'un composant similaire La fonction de l'assemblage de connecteur électrique selon l'invention est d'établir et de maintenir une connexion séparable entre certains, cor- respondants, des plots de contact situés sur la surface inférieure du composant tels que, par exemple, la plaquette miniature 14 à circuits, et la surface supérieure de la plaquette 10 à circuits imprimés du système. Pour assumer cette fonction, l'assemblage de connecteur selon l'invention comprend un connecteur plat 22, décrit plus en détail ci-après, ainsi que des moyens de fixation destinés à positionner et maintenir le connecteur 22 entre la plaquette 10 à circuits imprimés du système et la plaquette miniature 14 à circuit imprimé, des éléments de contact respectifs correspondant du connecteur 22 étant engagés avec des plots de contact des plaquettes 10 et 14 à circuits De façon illustrative, ces moyens de fixation comprennent un capot 24 et une bride 26 Le capot 24 est relativement rigide et plan et il comporte de préférence plusieurs nervures de renfort 28 La bride 26 comporte un élément de base sensiblement plan 30 qui, de même que le capot 24, est relativement rigide et comporte plusieurs nervures 32 de renfort La bride 26 comporte aussi deux éléments en saillie 34 qui sont espacés et s'étendent à peu près orthogonalement à l'élément de base 30 Le plaquette à circuits imprimés du système, le connecteur 22 et la plaquette miniature 14 de circuit imprimé sont formés de façon à présenter des ouvertures 36 qui sont disposées dans leurs éléments respectifs afin d'être en alignement lorsque la plaquette 10 à circuits imprimés du système, le connec- teur 22 et la plaquette miniature 14 à circuit imprimé sont empilés afin que les plots de contact correspondants situés sur les plaquettes 10 et 14 à circuits soient connectés par l'intermédiaire des éléments de contact du connecteur 22 Les éléments en saillie 34 passent dans-les jeux d'ouvertures alignées 36 ainsi que dans des ouvertures supplémentaires 38 situées dans le capot 24. Comme cela est mieux représenté sur la figure , le capot 24 et la bride 26 sont de préférence déformés, ou bombés, dans leur état libre afin que, lorsqu'ils sont assemblés, les parties et surfaces incurvées soient amenées à force dans une configuration plane et rendues essentiel- lement plates, la force par unité de surface étant sensiblement uniforme sur l'étendue du contact physique entre les composants En variante, le capot 24 et l'élément de base 30 peuvent être des plaques rigides Par consé- quent, pour l'assemblage, la partie de base de la bride 26 est placée contre la surface inférieure de la plaquette 10 à circuit imprimé du système de manière que les éléments en saillie 34 passent dans les ouvertures 36 Si cela est souhaité, un isolant 40 peut être inséré entre la partie de base 30 et la plaquette à circuit 10 Les extrémités distales 42 des éléments en saillie 34 sont insérées dans les ouvertures 38 du capot 24 L'assemblage est ensuite comprimé pour aplatir le capot 24 et la bride 26 et les extrémités distales 42 des éléments en saillie 34 sont ensuite pliées ou tordues, ou fixées par d'autres moyens, par exemple par un déplacement latéral, ou même l'utilisa- tion de pièces supplémentaires telles que, par exemple, des écrous "timmerman", afin de ne pas pouvoir ensuite être retirées à travers les ouvertures 38 Ce mode d'assemblage a pour résultat d'appliquer une force de compression au connecteur 22 par l'intermédiaire de la plaquette 10 à circuits imprimés du système et de la plaquette miniature 14 à circuit imprimé. Une forme illustrative du connecteur 22 et de son procédé de fabrication est illustrée sur la figure 6. Comme représenté ici, chacun des éléments individuels de contact du connecteur 22 est un élément de contact à ressort 44 Les éléments de contact à ressort 44 sont formés dans une feuille conductrice 46 de laquelle de la matière a été enlevée pour laisser un réseau de zones de matière 44 interconnectées par des bandes relativement étroites 48 de matière ainsi que des bandes périphériques 50 qui ont pour fonction de constituer un support struc- tural pour la feuille conductrice 46 avant qu'elle soit encastrée dans un support diélectrique, comme décrit plus complètement ci-après L'enlèvement de la matière peut être effectué de toute manière souhaitée, par exemple par usinage électrochimique, par estampage ou autre Durant ce processus, des points de contact 52 sont formés sur les éléments de contact 44 Dans son assemblage final, la feuille conductrice 46 est prise en sandwich entre deux couches 54 de matière diélectrique, illustrées par un film de polyimide Les couches 54 sont liées à la feuille conductrice 46 par collage ou de toute autre manière convenable Avant d'être liées à la feuille conductrice 46, les couches diélectriques 54 sont perforées suivant une configuration correspondant à l'emplacement des éléments de contact 44 Cette configuration correspond aussi à la configuration des plots de contact sur les plaquettes 10 et 14 à circuits imprimés Les ouvertures résultantes 56 dans les couches diélectriques 54 sont dimensionnées de manière que, lorsqu'elles sont placées contre les plaquettes 10 et 14 à circuits imprimés, elles ne s'étendent pas au-delà des zones occupées par les plots de contact sur les plaquettes à circuits imprimés. Après l'usinage de la feuille conductrice 46 et la perforation des couches diélectriques 54 comme décrit précédemment, la feuille 46 et les couches 54 sont alignées et liées en un stratifié La structure résultante est illustrée sur la figure 6 par la colonne d'éléments située le plus à droite L'étape suivante est la perforation, au moyen d'un estampage, d'une découpe au laser ou autres, de zones du stratifié correspondant aux bandes 48 de connexion afin de sectionner les bandes et de séparer les éléments de contact 44 les uns des autres Il en résulte plusieurs ouvertures 58 et ceci est illustré dans les deux colonnes centrales d'éléments sur la figure 6 On notera sur la figure 6 que chacun des éléments de contact 44 a été formé de façon à comporter des languettes 60 qui, après la formation des perforations 68, restent encore prises en sandwich entre les couches diélectriques 58 pour constituer un support structural pour les éléments de contact 44, lequel support les maintient en position L'étape suivante est le cintrage des éléments de contact 44 suivant_ les lignes de cintrage 62 de manière que, comme cela est mieux illustré sur la figure 8, les points de contact 52 situés sur les parties cintrées 63, 65 fassent saillie vers l'extérieur au-delà des surfaces du stratifié formant le connecteur 22 Il en résulte des éléments de contact 44 qui ont emmagasiné de l'énergie afin que, lorsque le stratifié 22 est comprimé entre les plaquettes à circuits 10 et 14 pour former l'assemblage achevé, comme décrit précédem- ment, des forces de contact appropriées soient générées. La configuration des éléments de contact 44 n'est pas limitée à une forme particulière quelconque Bien qu'une forme sensiblement rectangulaire ait été illustrée sur les figures 6 et 8, la configuration en haltère montrée sur les figures 9 A et 9 B peut être avantageuse car la zone 64 travaille à la manière d'un ressort de torsion pour constituer une structure très souple. Bien que l'utilisation de couches d'un film pour le maintien diélectrique des éléments de contact ait été illustrée, d'autres fabrications sont possibles Par exemple, un moulage par injection du support diélectrique est également possible Un tel support diélectrique moulé pourrait, à titre illustratif, comprendre deux pièces relativement minces et plates présentant des ouvertures et des évidements de position appropriés pour recevoir-les éléments de contact, lesquelles pièces pourraient être encliquetées ensemble En outre, d'autres moyens d'as- sembler le capot 24 et la bride 26 sont prévus dans le cadre de l'invention Ainsi, des éléments de prise par vissage (tels que des écrous et des vis) peuvent passer dans des ouvertures convenables de positionnement En variante, le capot peut être glissé dans une gorge de réception De plus, bien que des ouvertures de positionne- ment aient été décrites, certains des éléments, tels que le connecteur 22 ou la plaquette miniature 14 à circuit, peuvent présenter des encoches de positionnement à la place des ouvertures de positionnement En outre, la forme des rainures de renfort sur le capot 24 et la bride 26 n'est pas limitée à une ligne droite, car d'autres configurations peuvent être appropriées. On a donc décrit un connecteur plat perfec- tionné pour puce à circuits intégrés Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au connecteur décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. il REVENDICATIONS 1 Connecteur électrique ( 22) destiné à connecter électriquement des plots de contact disposés en un réseau sur une surface plane d'un premier substrat ( 10) à des plots de contact respectifs disposés en un réseau correspondant sur une surface plane d'un second substrat ( 14), caractérisé par plusieurs éléments ( 44) de contact électriquement conducteurs, des moyens de maintien diélectriques ( 54) destinés à maintenir les éléments de contact ( 44) en un réseau plan correspondant aux réseaux des plots de contact, chacun des éléments de contact_( 44) comportant des tronçons courbés ( 63, 65), au moins un tronçon courbé ( 63) faisant saillie en dehors du plan du réseau plan des éléments de contact dans une première direction, et au moins un tronçon courbé ( 65) faisant saillie en dehors du plan du réseau plan d'éléments de contact dans une seconde direction, les moyens de maintien diélectriques ( 54) étant agencés ( 56) pour mettre à découvert les tronçons courbés ( 63, 65) des éléments de contact ( 44) pour qu'ils portent contre certains, respec- tifs, desdits plots de contact. 2 Connecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de maintien diélectriques comprennent une première couche de matière diélectrique disposée sur un premier côté des éléments de contact, une seconde couche de matière diélectrique disposée sur le côté opposé des éléments de contact, et des moyens destinés à fixer les éléments de contact entre les premières et secondes couches. 3 Connecteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent un adhésif appliqué sur la surface de chacune des couches qui porte contre les éléments de contact. 4 Assemblage de connecteur électrique pour connecter électriquement des plots de contact disposés en un réseau sur une surface plane d'un premier substrat ( 10) à des plots de contact respectifs disposés en un réseau correspondant sur une surface plane d'un second substrat ( 14), caractérisé par un connecteur ( 22) comprenant plusieurs éléments de contact ( 44) électriquement conduc- teurs, des moyens de maintien diélectriques ( 54) destinés à maintenir les éléments de contact ( 44) en un réseau plan correspondant aux réseaux des plots de contact, chacun des éléments de contact ( 44) comportant des tronçons courbés ( 63, 65), au moins un tronçon courbé ( 63) faisant saillie en dehors du plan du réseau plan d'éléments de contact-dans une première direction et au moins un tronçon courbé ( 65) faisant saillie en dehors du plan du réseau plan d'éléments de contact dans une seconde direction, les moyens de maintien diélectriques étant agencés ( 56) pour mettre à découvert les tronçons courbés des éléments de contact ( 44) afin qu'ils portent contre certains, respectifs, des plots de contact, et des moyens de fixation ( 24, 26) destinés à positionner et maintenir le connecteur ( 22) entre les premier et second substrats ( 10, 14) afin que les tronçons courbés ( 63, 65) des éléments de contact ( 44) portent certains, respectifs et correspondants, des plots de contact sur les premier et second substrats ( 10, 14). Assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les premier et second substrats ( 10, 14) et le connecteur ( 22) sont formés chacun de façon à présenter plusieurs ouvertures ( 36) qui sont en alignement lorsque les premier et second substrats ( 10, 14) et le connecteur ( 22) sont empilés afin que les plots de contact des premier et second substrats ( 10, 14) soient connectés par l'intermédiaire du connecteur ( 22), lesdits moyens de fixation ( 24, 26) comprenant des moyens de positionnement ( 34) passant dans au moins deux jeux desdites ouvertures alignées ( 36). 6 Assemblage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent en outre un premier élément ( 24) situé sur le côté du second substrat ( 14) opposé aux plots de contact, un second élément ( 30) situé sur le côté du premier substrat ( 10) opposé aux plots de contact, et des moyens ( 38, 42) destinés à relier les premier et second éléments ( 24, 30) aux moyens de positionnement ( 34) afin d'appliquer une force de compression au connecteur ( 22) à travers les premier et second substrats ( 10, 14). 7 Assemblage selon la revendication 6, caractérisé en ce que les premier ( 24) et second ( 30) éléments sont relativement rigides et bombés vers les premier et second substrats ( 10, 14) dans leur état libre, les moyens de liaison ( 38, 42) étant disposés de façon à aplatir les premier et second éléments ( 24, 30) lors de la liaison des premier et second éléments ( 24, 30) avec les moyens de positionnement afin d'appliquer une force sensiblement uniforme, par unité de surface, aux premier et second substrats ( 10, 14). 8 Assemblage selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de fixation comprennent en outre un capot ( 24) sur le côté du second substrat ( 14) opposé aux plots de contact, une bride ( 26) située sur le côté du premier substrat ( 10) opposé aux plots de contact, la bride ( 26) comportant une partie de base ( 30), et deux éléments espacés et allongés ( 34) en saillie s'étendant à partir de ladite partie de base ( 30) et à peu près orthogonalement à elle, chacun des éléments en saillie ( 34) passant dans un jeu respectif d'ouvertures alignées ( 36), et des moyens ( 38) destinés à relier les extrémités distales ( 42) des éléments en saillie ( 34) au capot ( 24) afin d'appliquer une force de compression au connecteur ( 22) à travers les premier et second substrats ( 10, 14 j. 9 Assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de maintien diélectriques comprennent une première couche de matière diélectrique disposée sur un premier côté des éléments de contact, une seconde couche de matière diélectrique disposée sur le côté opposé des éléments de contact, et des moyens destinés à assujettir les éléments de contact entre les première et seconde couches. Assemblage selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens d'assujettissement comprennent un adhésif appliqué à la surface de chacune desdites couches qui porte contre les éléments de contact.