Brevet FR2657219A1 — publié le 19910719

PROCEDE DE FABRICATION DE CIRCUITS IMPRIMES SOUPLES, CIRCUIT IMPRIME FABRIQUE PAR CE PROCEDE, ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE - La présente invention concerne un procédé de fabrication de circuits imprimés, notamment de circuits imprimés souples par enlèvement de matière sur une ébauche comportant un substrat diélectrique, des conducteurs métalliques plats collés sur une face supérieure du substrat, et un revêtement isolant couvrant sensiblement toute l'étendue du circuit imprimé, dans lequel on enlève de la matière recouvrant au moins une zone déterminée d'un conducteur de façon à le dénuder sur au moins une de ses faces. L'invention concerne également un circuit imprimé fabriqué par ce procédé. L'invention concerne enfin un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé de fabrication de circuits imprimés, notamment de circuits imprimés souples, par enlèvement de matière sur une ébauche comportant un substrat diélectrique, des conducteurs métalliques plats collés sur une face supérieure du substrat, et un revêtement isolant couvrant sensiblement toute l'étendue du circuit imprimé, cette matière enlevée étant celle recouvrant au moins une zone déterminée d'un conducteur, de façon à le dénuder sur au moins une de ses faces, le dispositif comportant un support pour une ébauche, une tête d'usinage agencée pour usiner l'ébauche par enlèvement de matière, et des moyens de commande et de déplacement pour actionner la tête d'usinage et produire des déplacements relatifs entre elle et l'ébauche. Dans un procédé traditionnel de fabrication de circuits imprimés et plus particulièrement de circuits imprimés souples, ces derniers sont revêtus d'un film isolant fixé par un adhésif et recouvrant tout le substrat et les conducteurs, sauf sur des zones de connexion et sur des zones ménagées sur les conducteurs et à côté d'eux pour le raccordement ou le montage de composants électriques Le film isolant est préparé avant d'être posé sur un substrat pourvu d'une série de circuits imprimés La préparation -2- du film isolant consiste à le débiter en formats couvrant plusieurs circuits et à y pratiquer par poinçonnage, par perçage ou fraisage, des ouvertures qui laisseront dégagées les zones de connexion et les zones nues Ensuite, le film isolant préparé est mis manuellement en position sur le substrat par repérage visuel ou à l'aide d'un gabarit Le maintien en position est assuré par collage en quelques points, puis l'ensemble est pressé à chaud afin que l'isolant adhère parfaitement sur toute sa surface On obtient ainsi une bande de circuits prête à être débitée par découpage Ce procédé utilisant une mise en place manuelle a une productivité très faible, surtout si les zones de connexion et les zones nues sont nombreuses et de petite surface. Un procédé plus performant, tel que défini en préambule, est décrit dans la publication japonaise Sho 58 132 996 Il consiste à appliquer le film isolant sensiblement sur toute la surface du substrat, puis l'enlever sur les zones à dénuder, au moyen d'outils mis en vibration latérale par ultra-sons Un inconvénient de ce procédé est une certaine lenteur si l'on utilise un outil simple, ou bien la nécessité de disposer d'un outillage très complexe pour chaque type de circuits De plus, la précision obtenue est insuffisante pour des pistes conductrices fines En outre, un inconvénient inhérent à ce type de procédé est que, en raison de la position saillante des conducteurs sur le substrat, il ne permet pas de dégager les zones du substrat adjacentes à un conducteur ou localisées entre deux conducteurs voisins Or, ce dégagement est nécessaire pour garantir un bon contact électrique entre le conducteur et l'élément correspondant d'un connecteur. Par conséquent, la présente invention a pour but de fournir un procédé permettant d'éviter les inconvénients sus mentionnés et de dénuder aussi bien des zones des conducteurs que des zones adjacentes sur le substrat, avec précision et à une cadence élevée, sans nécessiter un outillage spécifique à chaque type de pièces traitées. Dans ce but, l'invention fournit un procédé du genre spécifié en préambule, caractérisé en ce que l'enlèvement de matière est effectué thermiquement au moyen d'au moins un faisceau laser, sur au moins une 3 zone déterminée d'un conducteur et/ou au moins une zone adjacente à un conducteur. De préférence, la puissance du faisceau laser est modulée en fonction de la position du point d'incidence du faisceau sur l'ébauche En particulier, la puissance du faisceau laser peut être différente sur ladite zone du conducteur et sur ladite zone adjacente à un conducteur. L'enlèvement de matière peut être effectué soit du côté du revêtement, soit du côté du substrat Dans une forme avantageuse du procédé, l'ébauche est pourvue de repères imprimés dans des positions détermi- nées par rapport aux conducteurs, on effectue une détection automati- que de ces repères au moyen d'un capteur optique couplé à un calculateur commandant le faisceau laser, et l'on commande, en fonction de cette détection, des déplacements relatifs entre le faisceau laser et l'ébauche, ainsi que la puissance du faisceau. On peut réaliser des trous à travers l'ébauche au moyen du faisceau laser Si l'ébauche contient plusieurs circuits imprimés distincts, on peut séparer ces circuits par découpage de l'ébauche au moyen du faisceau laser après l'opération d'enlèvement de matière. Dans le cas o ledit revêtement est formé par un film isolant appliqué sur une couche d'un adhésif polymérisable, une forme avantageuse du procédé prévoit que, pour enlever le film isolant sur une zone, on le découpe au moyen du faisceau laser le long du pourtour de la zone pendant que l'adhésif est incomplètement ou pas du tout polymérisé, on retire le film et l'adhésif de cette zone et l'on assure ultérieurement la polymérisation de l'adhésif situé hors de cette zone. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention propose un dispositif du type mentionné en préambule, caractérisé en ce que la tête d'usinage est pourvue d'au moins un émetteur d'un faisceau laser à puissance modulée, et en ce que les moyens de commande et de déplacement comportent un calculateur commandant la tête d'usinage et couplé à une mémoire o sont stockées des coordonnées des zones à usiner sur -4- l'ébauche. De préférence, l'émetteur est à puissance modulée. Dans une forme de réalisation avantageuse, le support comporte un cylindre rotatif autour de son axe, et la tête d'usinage est mobile en translation parallèlement à cet axe. Dans les cas o l'ébauche est une bande contenant plusieurs circuits imprimés, le support peut comporter plusieurs cylindres parallèles dont l'un au moins est réglable en position par rapport aux autres et autour desquels la bande forme une boucle sans fin. De préférence, le dispositif comporte au moins un capteur optique couplé au calculateur et agencé pour détecter des repères sur l'ébauche. De préférence, le capteur optique est une caméra de prises de vues. La présente invention et ses avantages seront mieux compris à l'aide de la description de différents exemples de réalisation en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente en plan un circuit imprimé fini, réalisé selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II Il de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne III III de la figure 1, la figure 4 représente une bande portant plusieurs circuits imprimés, avant le découpage final de cette bande, la figure 5 représente schématiquement une forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention comportant un support en forme de table mobile dans son plan, par rapport à une tête d'usinage, la figure 6 représente une forme de réalisation du dispositif comportant un support en forme de cylindre rotatif en face duquel se déplace la tête d'usinage, la figure 7 représente une autre forme de réalisation du dispositif, dans laquelle une bande à circuits imprimés forme une boucle fermée qui s'enroule partiellement sur un cylindre placé en face de la tête d'usinage et sur un jeu de rouleaux réglables en position, la figure 8 est une vue en coupe partielle d'un circuit imprimé dans lequel le substrat et la colle se trouvant sous un conducteur ont été usinés pour dégager le conducteur, et la figure 9 est une vue en coupe partielle d'un circuit imprimé dans lequel un conducteur a été dénudé des deux côtés. En référence aux figures I à 3, le circuit imprimé 6 à fabriquer doit comporter un substrat souple formé par une feuille diélectrique 1, recouverte d'une couche de colle 2 fixant sur elle des conducteurs métalliques plats 3 réalisés par un procédé quelconque du domaine des circuits imprimés Un revêtement, constitué par un film isolant 5 fixé par un adhésif 4, a été placé sur toute la surface supérieure de l'ensemble 7 formée par les couches 1, 2 et 3 Il s'agit ensuite d'ôter ce revêtement sur certaines zones afin d'obtenir des dégagements 10 o le métal des conducteurs 3 est dénudé et o l'on peut éventuellement pratiquer des trous 8 à travers le circuit, et un dégagement Il situé de préférence à une extrémité du circuit et destiné à être branché à un ou plusieurs connecteurs Le dégagement 11 laisse apparaître des zones de connexion 13 sur les conducteurs et des zones nues 14 adjacentes aux zones 13 sur le substrat 1 ou sur la couche de colle 2. Comme le montre la figure 4, on fabrique généralement plusieurs circuits imprimés 6 à partir d'une ébauche en forme de bande 22, revêtue des couches 4 et 5 sur toute sa surface Après réalisation des dégagements 10 et Il et éventuellement des trous 8, chaque circuit est découpé dans la bande 22 le long de son pourtour 9 La bande 22 porte 6 - également des repères imprimés 23, par exemple sous la forme de croix. Le dispositif illustré par la figure 5 comporte une tête d'usinage 20 située en face d'un support mobile en forme de table 21 sur laquelle est fixée l'ébauche constituée par la bande 22 La tête d'usinage 20 comporte un émetteur laser émettant un faisceau laser 15 perpendiculai- re à la table 21 et atteignant un point 16 sur la bande 22 En fait, la tête 20 peut comporter plusieurs émetteurs laser, produisant des faisceaux parallèles entre eux Au voisinage de la tête 20 est prévu un capteur optique 24, agencé pour détecter le passage d'un repère 23 devant lui et pour transmettre cette information à un calculateur 26 pourvu d'une mémoire o sont stockées, notamment, les coordonnées des repères 23 et des points définissant les dégagements 10 et Il à réaliser sur les circuits imprimés Le calculateur 26 commande d'une part le fonctionnement de l'émetteur laser de la tête 20, et d'autre part une unité de déplacement 27 qui déplace la table 21 dans deux directions perpendiculaires, par exemple au moyen de mécanismes à vis 28, 29. Un aspect particulièrement intéressant du fonctionnement de ce dispositif est que la puissance du faisceau laser 15 est modulée d'une manière programmée pour chaque point d'incidence 16 sur les circuits. Par exemple, dans un dégagement 11 pour des connecteurs, la puissance du faisceau est ajustée de manière à détruire le film isolant 5 et l'adhésif 4 différemment sur les zones de connexion 13 des conducteurs et sur des zones nues adjacentes 14 Cela permet notamment de mieux dégager les bords des conducteurs 3, o, comme on le voit à la figure 3, le revêtement formé par les couches 4 et 5 est plus épais La puissance du faisceau laser peut aussi être modulée différemment pour réaliser les trous 8 et pour découper le pourtour 9 des circuits ou encore pour attaquer la feuille 22 par dessous, pour dénuder un conducteur par ablation locale de la feuille 1 et de la couche de colle 2 On définit au préalable la puissance pour chaque point 16 et l'on stocke cette information dans la mémoire associée au calculateur 26 Celui-ci pourra donc commander la puissance du faisceau en combinaison avec la commande des déplacements produits dans l'unité 27. -7- La figure 6 représente une autre forme de réalisation, dans laquelle la bande ébauche 22 est fixée sur le pourtour d'un support formé par un cylindre 21 entraîné en rotation autour de son axe X par l'unité 27 Dans ce cas, la tête d'usinage 20 est montée de manière mobile en translation le long d'un axe X' parallèle à l'axe X et elle émet un ou plusieurs faisceaux laser 15 perpendiculairement à l'axe X La tête 20 avance lentement pendant la rotation du cylindre, de sorte qu'on a un mouvement continu qui peut être plus rapide et plus régulier qu'un mouvement de balayage alternatif L'avance de la tête pour chaque tour se fait suivant un pas voisin de la largeur du faisceau laser 15, lequel balaye ainsi toute la surface de la bande 22, avec une puissance et à un moment qui dépendent des coordonnées cylindriques des points d'incidence 16 sur la bande 22 Cette forme de réalisation o la bande 22 est totalement enroulée sur le support cylindrique 21 convient particulièrement aux petits circuits, dont le développement dans une direction ne dépasse pas la circonférence du support, et à la fabrication en faibles séries ne mettant pas en jeu de grandes surfaces de matière. Une variante quelque peu similaire est représentée à la figure 7 Dans ce cas, la bande 22 est continue et forme une boucle fermée qui s'enroule partiellement sur le support cylindrique 21 et sur un ensemble de rouleaux 25 ayant des axes Y parallèles à l'axe X du cylindre 21 Cette solution permet d'utiliser une bande de grande longueur, ce qui convient bien aux grands circuits ou aux grandes séries De préférence, on prévoit une réglage de la position des rouleaux 25 entre eux ou par rapport au cylindre 21, en fonction de la longueur de la bande 22 à usiner. Dans les différentes formes de réalisation illustrées par les figures 5 à 7, il faut relever que l'utilisation des repères 23 et du détecteur optique 24 permet avantageusement d'éviter de mettre dans une position prédéter- minée et précise la bande 22 sur le support 21, et même de corriger des déviations ou des déformations de la bande si les coordonnées des points d'incidence 16 sont recalées à partir de chaque repère 23, qui sera placé le plus près possible des dégagements 10 et 11 Les mêmes repères sont utilisables pour le perçement des trous 8, généralement dans une -8deuxième phase qui suit l'exécution des dégagements 10 et 11, et pour le découpage du pourtour 9 des circuits au moyen du ou des faisceaux laser 15. Dans une variante du procédé, qui peut être avantageuse pour créer des dégagements 10, Il ayant une grande superficie, on utilise une bande 22 dont l'adhésif 4 est incomplètement ou pas du tout polymérisé sur les zones des dégagements 10 et 11, la polymérisation complète n'étant opérée qu'après l'exécution de ces dégagements Cette solution permet de ne faire balayer au faisceau laser que le pourtour des dégagements , Il et de découper ainsi des pastilles qu'on peut retirer mécanique- ment, au lieu de devoir les brûler ou les vaporiser sur toute leur surface. On gagne ainsi du temps et de l'énergie. La figure 8 montre un exemple o un dégagement 10 a été créé sur une zone de connexion 12 d'un conducteur 3, à travers la feuille de substrat 1 et la couche de colle 2 Dans le cas de la figure 9, un tel dégagement 10 est ménagé sur chaque face du conducteur 3 Pour attaquer le dessous de la bande 22, on peut prévoir soit de la retourner, soit d'installer une tête d'usinage laser en dessous d'elle. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci-dessus mais elle s'applique à toute modification ou variante évidente pour un homme du métier Le procédé selon l'invention s'étend non seulement à la fabrication des circuits imprimés dont le revêtement est formé par un film collé, mais aussi aux circuits revêtus d'un film appliqué sous forme liquide qu'on a fait durcir ensuite. -9- Revendications - 1 Procédé de fabrication de circuits imprimés, notamment de circuits imprimés souples, par enlèvement de matière sur une ébauche ( 22) comportant un substrat diélectrique, des conducteurs métalliques plats collés sur une face supérieure du substrat, et un revêtement isolant couvrant sensiblement toute l'étendue du circuit imprimé ( 6), dans lequel on enlève de la matière recouvrant au moins une zone déterminée d'un conducteur de façon à le dénuder sur au moins une de ses faces, caractérisé en ce que l'enlèvement de matière est effectué thermique- ment au moyen d'au moins un faisceau laser ( 15), sur au moins une zone déterminée ( 12, 13) d'un conducteur et/ou sur au moins une zone ( 14) adjacente à un conducteur. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la puissance du faisceau laser ( 15) est modulée en fonction de la position du point d'incidence du faisceau sur l'ébauche. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la puissance du faisceau laser est différente sur ladite zone déterminée ( 12, 13) du conducteur et sur ladite zone ( 14) adjacente à ce conducteur. 4 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enlèvement de matière est effectué soit du côté du revêtement ( 5), soit du côté du substrat ( 1). 5 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ébauche ( 22) est pourvue de repères imprimés ( 23) dans des positions déterminées par rapport aux conducteurs, en ce que l'on effectue une détection automatique de ces repères au moyen d'un capteur optique ( 24) couplé à un calculateur ( 26) commandant le faisceau laser, et en ce que l'on commande, en fonction de cette détection, des déplacements relatifs entre le faisceau laser et l'ébauche, ainsi que la puissance du faisceau. - 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise des trous ( 8) à travers l'ébauche au moyen du faisceau laser. 7 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ébauche ( 22) contient plusieurs circuits imprimés ( 6) distincts et en ce que l'on sépare ces circuits par découpage de l'ébauche au moyen du faisceau laser après l'opération d'enlèvement de matière. 8 Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit revêtement est formé par un film isolant ( 5) appliqué sur une couche d'un adhésif polymérisable ( 4), caractérisé en ce que, pour enlever le film isolant ( 5) sur une zone, on le découpe au moyen du faisceau laser le long du pourtour de la zone alors que l'adhésif est incomplètement ou pas du tout polymérisé, on retire le film et l'adhésif de cette zone et l'on assure ultérieurement la polymérisation de l'adhésif ( 4) situé hors de cette zone. 9 Circuit imprimé fabriqué par le procédé selon l'une des revendications 1 à 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication de circuits imprimés, notamment de circuits imprimés souples, par enlèvement de matière sur une ébauche comportant un substrat diélectrique, des conducteurs métalliques plats collés sur une face supérieure du substrat, et un revêtement isolant couvrant sensiblement toute l'étendue du circuit imprimé, cette matière enlevée étant celle recouvrant au moins une zone déterminée d'un conducteur, de façon à le dénuder sur au moins une de ses faces, selon la revendication 1, ce dispositif comportant un support pour cette ébauche, une tête d'usinage agencée pour usiner l'ébauche par enlèvement de matière, et des moyens de commande et de déplacement pour actionner la tête d'usinage et produire des déplacements relatifs entre elle et l'ébauche, caractérisé en ce que la tête d'usinage ( 20) est pourvue d'au moins un émetteur d'un faisceau laser ( 15), et en ce que les moyens de commande et de déplacement comportent un calculateur ( 26) commandant la tête d'usinage ( 20) et couplé à une mémoire o sont stockées des coordonnées Il - des zones à usiner sur l'ébauche ( 22). Il Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit émetteur est à puissance modulée. 12 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le support comporte un cylindre ( 21) rotatif autour de son axe, et en ce que la tête d'usinage ( 20) est mobile en translation parallèlement à cet axe. 13 Dispositif selon la revendication 12, dans lequel l'ébauche est une bande ( 22) contenant plusieurs circuits imprimés ( 6), caractérisé en ce que le support comporte plusieurs cylindres parallèles ( 25) dont l'un au moins est réglable en position par rapport aux autres et autour desquels la bande forme une boucle sans fin. 14 Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur optique ( 24) couplé au calculateur ( 26) et agencé pour détecter des repères ( 23) sur l'ébauche. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que le capteur optique est une caméra de prises de vues.