Brevet FR2724063A1 — publié le 19960301

L'invention concerne un film flexible perfectionné pour circuits, souple par endroits, à utiliser en tant que système d'interconnexion électrique dans un connecteur pour fond de panier, à haute densité, du type décrit dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique NO 4 969 824 et NO 5 171 154. Un connecteur modifié, avec lequel ce film flexible perfectionné peut être utilisé, est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 08/299 222. Dans chaque cas, l'art antérieur décrit de façon générale deux éléments de boîtier de connecteur d'une seule pièce, conçus pour être montés sur un premier dispositif électronique plan, tel qu'une plaquette-mère, ces éléments de boîtier étant espacés pour définir une fente destinée à recevoir un second dispositif électronique plan, tel qu'une plaquettefille, devant être interconnecté électriquement avec la plaquette-mère au moyen du circuit à film flexible. Dans une forme de réalisation commerciale de l'invention, les faces respectives des boîtiers, adjacentes aux dispositifs électroniques plans, présentent des rainures destinées à recevoir un ressort hélicoïdal, et un film flexible, portant des circuits ou pistes électriques, enroulé autour des éléments de boîtier et des ressorts hélicoïdaux.Les ressorts hélicoïdaux appliquent une force normale au film pour assurer un contact électrique avec les dispositifs électroniques plans respectifs. L'expérience a montré que des connecteurs de ce type peuvent présenter certaines difficultés au niveau de la longévité, en termes de nombre d'insertions de la plaquettefille, ainsi que de fiabilité à réaliser de bonnes connexions électriques. L'une de ces difficultés est associée à la nature du film flexible et aux circuits de cuivre qu'il porte, constituant l'objet de l'invention. En bref, du fait des exigences électriques et de la nécessité de limiter l'impédance caractéristique, le film flexible a besoin d'au moins deux couches métalliques séparées par un diélectrique d'épaisseur appropriée pour que la structure produise l'effet souhaité.Comme cela est mis en évidence avec les indications des brevets précités, le but était d'utiliser les propriétés souhaitables du ressort hélicoïdal à spires inclinées, qui présente une courbe force-déformation peu prononcée, en tant que moyen pour produire la force normale entre le dispositif électronique plan et le connecteur à film flexible. Cependant, du fait de la combinaison des épaisseurs des couches de cuivre et de diélectrique, la souplesse locale entre deux plots adjacents dans la direction perpendiculaire à la surface fléchie peut être insuffisante pour compenser les différences, même relativement petites, de hauteur ou la variation, d'origine autre, de la combinaison d'un circuit imprimé et de la coplanéité en flexion.La pratique a montré qu'une particule même petite, par exemple d'une dimension de l'ordre de 2 micromètres, entre deux plots ou pistes nuit aux plots ou pistes adjacents. Ceci est particulièrement vrai dans des connecteurs à haute densité où les entraxes sont de l'ordre de 1,27 ym. Il a été démontré que la raideur locale était telle qu'une déformation du plot adjacent au plot attaquant demandait une force locale de 3,9 N pour dévier le plot flexible de 5 ym. Etant donné que le ressort hélicoïdal incliné applique une pression à la face arrière du circuit flexible en des points de plus en plus espacés en conformité avec le pas d'enroulement du ressort et ne coïncidant pas, souvent, avec le centre des plots, ni la force disponible ni les points d'application de force ne conviennent de façon optimale pour dévier un plot qui n'est pas en contact du fait des imperfections de surface dans son voisinage. La reconnaissance de ces problèmes et les solutions proposées par l'invention ont mis en évidence deux domaines qui posaient problème, à savoir une distribution plus uniforme de la force sur l'étendue des plots ou des pistes de circuit, et un moyen pour augmenter la souplesse des plots ou pistes adjacents afin de procéder à un ajustement éliminant l'effet d'un défaut local d'adaptation de la coplanéité. Bien que la demande précitée aborde la conception et la construction du connecteur par l'utilisation d'un boîtier flottant en deux pièces qui assure l'application d'une traction prédéterminée sur le film à circuit flexible, ce boîtier d'une construction unique ne répond cependant pas à tous les problèmes de l'art antérieur, en particulier en ce qui concerne la distribution des forces et la souplesse localisée. L'invention aborde ces derniers points en utilisant un élastomère à renfort d'acier, entre les ressorts hélicoïdaux et le film flexible, pour produire une distribution plus uniforme des forces, ainsi que l'application ou la création d'entailles ou de fentes traversant au moins partiellement le film flexible, habituellement un composite d'au moins deux couches métalliques avec une couche de matière plastique pouvant être liée entre elles, pour permettre à des plots adjacents de se déplacer indépendamment ou conformément les uns aux autres, grâce à un déplacement local induit par l'élastomère sous-jacent. L'invention concerne un connecteur perfectionné à haute densité pour fond de panier du type utilisant un film flexible portant des circuits pour interconnecter deux dispositifs électroniques plans, tels qu'une plaquette-mère et une plaquette-fille. Le perfectionnement résulte de l'utilisation d'un film flexible modifié, supporté par un élément d'application de force, par exemple plusieurs ressorts hélicoïdaux, qui procure une souplesse locale entre des plots ou des pistes de contact adjacents, et par l'utilisation d'un intégrateur de force qui répartit mieux la force normale appliquée au film flexible.Le film flexible, habituellement pourvu d'une couche métallique de mise à la masse, par exemple du cuivre, sur une surface opposée aux plots ou pistes de contact, est modifié par l'inclusion d'entailles discrètes dans la couche de cuivre, les entailles étant alignées entre des plots ou pistes de contact adjacents. Il en résulte une meilleure souplesse entre ces plots ou pistes de contact adjacents. De plus, une meilleure distribution de force est obtenue par un intégrateur de force constitué d'une cale ou feuille en métal mince ayant une couche élastomérique, l'intégrateur de force étant interposé entre le film flexible et le moyen d'application de force. L' invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un connecteur à haute densité convenant à une utilisation pour l'incorporation des particularités de l'invention, ce connecteur étant d'une construction faisant l'objet de la demande précitée - la figure 2 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie de l'une des paires de boîtiers du connecteur illustré sur la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe transversale partielle à échelle agrandie passant par la face d'accouplement du boîtier du connecteur, illustrant le film flexible modifié et ses circuits, avec un élément de distribution de force interposé entre le film flexible et un élément d'application de force - la figure 4 est une vue en plan à échelle agrandie du film flexible ainsi que de plots ou pistes de circuit, illustrant la manière dont on obtient une souplesse locale entre des plots ou pistes de circuit adjacents ; et - les figures 5 à 11 sont des vues en coupe transversale partielle illustrant la séquence des étapes de fabrication pour produire le film flexible modifié conforme à l'invention. La présente invention a trait à un film flexible pour circuits, localement souple, comprenant avantageusement un système de distribution de force, tel que le moyen d'interconnexion électrique dans un connecteur électrique à haute densité du type pour le montage d'un premier dispositif électronique plan, par exemple une plaquette-fille, sur un second dispositif électronique plan, tel qu'une plaquettemère, les dispositifs respectifs étant interconnectés électriquement par l'intermédiaire du film flexible associé à un connecteur habituellement fixé sur l'un des dispositifs. L'agencement général de ce type de connecteur, également connu sous le nom de connecteur pour bords de carte ou pour fond de panier, est illustré dans les brevets NO 4 969 824 et NO 5 171 154 précités, tandis qu'un connecteur perfectionné est décrit dans la demande précitée. Les figures 1 et 2 illustrent, par une vue en perspective éclatée et une vue en coupe, respectivement, un connecteur électrique 10 à haute densité utilisant les indications de l'invention. Pour revoir de façon plus détaillée la conception et la construction de ce connecteur, on peut de nouveau se référer à la demande précitée. Dans tous les cas, le connecteur de la figure 1 comprend deux éléments 12 de boîtier de connecteur, habituellement allongés, qui sont de configuration essentiellement identique. Les deux éléments de boîtier 12 peuvent être reliés par des blocs extrêmes 14 pour former un élément d'une seule pièce présentant une fente longitudinale 16 entre les éléments de boîtier respectifs. Bien que cela ne soit pas représenté, la fente 16 est destinée à recevoir le premier dispositif électronique plan, ou plaquette-fille, de la manière décrite ci-dessus dans l'art antérieur. Le connecteur assemblé, c'est-à-dire avec les blocs extrêmes 14 placés sur les prolongements 18 du boîtier, peut être fixé à un second dispositif électronique plan, tel qu'une plaquette-mère (non représenté), par des organes de fixation filetés 20. Un tel mode de montage ou de fixation est bien connu dans la technique. Bien que la figure 2 représente la construction préférée d'un boîtier flottant à deux pièces, constituant l'objet de la demande précitée, on comprendra que les particularités de l'invention peuvent être appliquées à des boîtiers d'une seule pièce de l'art antérieur indiqué cidessus. Néanmoins, en poursuivant avec la construction du boîtier en deux pièces de la figure 2, chaque élément 12 du boîtier comprend des premier et second éléments 12a et 12b, respectivement, le second élément ou élément supérieur 12b étant monté de façon flottante sur le premier élément ou élément inférieur 12a. Les éléments du boîtier peuvent être réalisés en aluminium extrudé ou en matière plastique moulée, comme cela est connu dans la technique.Chaque premier élément présente, le long d'une face rainurée 21 et d'une face de base 22, une ou plusieurs gorges 24 qui s'étendent habituellement sur la longueur du connecteur 10, c'est-à-dire entre les blocs extrêmes 14. Un ressort hélicoïdal 26 à spires inclinées est prévu dans les gorges. Les ressorts hélicoïdaux à spires inclinées sont avantageux et sont produits et vendus par la firme Bal Seal Engineering Company Inc., Santa Ana, Californie, E.U.A. Ces ressorts ont un degré élevé de déformation alors que la force reste pratiquement constante sur la plage de travail de la déformation du fait de l'inclinaison. Pour une meilleure compréhension de ceci, on peut se référer au brevet N" 4 969 824 précité. Le second élément ou élément supérieur 12b, comme illustré sur les figures 2 et 3, peut comprendre un élément en forme de T ayant une partie supérieure 30 et un prolongement inférieur 32 faisant saillie essentiellement perpendiculairement à elle. La saillie est positionnée centralement et est agencée pour être reçue en glissant dans la fente 34 du second élément ou élément inférieur 12a. On notera que l'ouverture 36 de la fente est évasée pour permettre un certain degré d'oscillation ou de mouvement latéral du second élément par rapport au premier élément dans l'état assemblé. Pour permettre un engagement flottant ou un mouvement vertical relatif entre les premier et second éléments, un ressort 40, soumis à une tension mécanique, peut être prévu à l'intérieur de la fente 34, la tension, d'un degré prédéterminé, tendant à écarter les éléments respectifs l'un de 1' autre. Pour s'opposer à cette tension et pour tirer avantage de la construction de ce connecteur, un film flexible 42 de longueur fixe est enroulé autour du second élément ou élément supérieur et est fixé à celui-ci par plusieurs broches 44 dont une seule est illustrée sur la figure 2. En plus du film flexible de recouvrement, on a découvert que, étant donné que le ressort hélicoïdal incliné 26 applique une pression à la face arrière du circuit à film flexible en des points espacés de façon progressive en fonction du pas d'enroulement du ressort et qui ne coïncident pas souvent avec l'entraxe des plots ou des pistes, ni la force disponible ni les points d'application de la force ne sont optimaux pour déformer un plot ou une piste qui n'est pas en contact du fait d'une imperfection de surface dans son voisinage.Par conséquent, comme illustré sur la figure 3, on a conçu un intégrateur 48 de force constitué d'une cale métallique 50, telle qu'une feuille d'acier ayant une épaisseur d'environ 0,076 mm, sur un élastomère 52 relativement tendre, ledit intégrateur 48 de force étant interposé entre les ressorts hélicoïdaux 26 et le film flexible 42 et de même étendue qu'eux. Bien que l'intégrateur 48 de force représente une première étape vers l'amélioration du comportement des connecteurs électriques utilisant des circuits à film flexible, il reste le problème de la souplesse locale. Plus particulièrement, du fait de la combinaison des épaisseurs du cuivre et de la couche diélectrique, la souplesse locale entre des plots adjacents dans la direction perpendiculaire à la surface en flexion est inadaptée pour rattraper les différences, même relativement faibles, de hauteur ou d'autres variations induites de la combinaison constituée par un circuit imprimé et la coplanéité en flexion.La méthode utilisée pour développer cette combinaison de couche de cuivre et d'un diélectrique sera à présent décrite en référence à la suite de figures commençant avec la figure 5, tandis que la solution proposée pour améliorer la souplesse locale est illustrée sur la figure 11. Le produit initial de la figure 5 comprend une couche intermédiaire diélectrique 60, par exemple en "KAPTON" ayant une épaisseur d'environ 0,05 mm, une couche supérieure 62 de cuivre dont l'épaisseur est définie, de manière connue dans la technique, comme correspondant à 14,175 g, et une couche inférieure 64 plus épaisse en cuivre d'une épaisseur correspondant à 28,35 g. Ensuite (figure 6), une série de trous choisis 66 est réalisée à travers le film composite, laquelle opération est suivie d'une autre métallisation de cuivre 67 des surfaces respectives et des trous traversants (figure 7) Les figures 8 et 10 illustrent les détails du développement du motif du circuit, et des plots ou pistes pour interconnecter électriquement le circuit du film flexible à un dispositif complémentaire. Lors d'une étape de développement d'un motif, la couche supérieure 62, à présent formée de deux couches de cuivre, est soumise à une attaque chimique sélective descendant jusqu'à la couche diélectrique 60 (figure 8). Une feuille diélectrique 68 de revêtement, préalablement perforée, est appliquée sur les couches supérieures 62, 67, par exemple au moyen d'un adhésif 70, le motif préalablement choisi des trous 72 recouvrant la couche supérieure 67 à proximité immédiate des trous traversants métallisés (figure 9). Pour préparer le film flexible à un contact électrique approprié, des plots, protubérances ou pistes 74 sont formés par métallisation dans les trous 72 afin de s'élever au-dessus de la surface du composite. Lors de l'opération finale de métallisation, bien que cela ne soit pas représenté, les plots 74 de cuivre sont nickelés, puis reçoivent une couche finale d'or. Une dernière étape, qui est le mieux illustré sur les vues à échelle agrandie des figures 11 et 4, est la formation d'une image et la gravure chimique du plan de masse ou couche 64 inférieure ou en cuivre. Lors de cette étape, les trous traversants métallisés 72 sont pourvus de rainures ou anneaux continus gravés 80 pour être isolés de la couche de cuivre inférieure 64 afin de séparer les plots de signaux du plan de masse. De plus, plusieurs fentes 82 de longueur distincte sont réalisées par attaque chimique ou autre dans la couche inférieure 64 de cuivre, ces fentes 82 étant alignées entre des plots adjacents 74.Les fentes 82 peuvent traverser l'épaisseur de la matière, ou pénétrer partiellement dans l'épaisseur de la matière, afin de permettre à des plots adjacents 74 de se déplacer indépendamment ou conformément les uns aux autres, grâce à un déplacement local induit par l'élastomère. Le fendage a pour avantage supplémentaire de permettre au plot ou contact sur la surface du circuit du film flexible de tourner et de se déformer d'une manière optimisant la probabilité de l'entrée en contact d'une partie du plot 74 avec la plaquette à circuit, même si une particule de séparation est interposée entre eux en un certain point. Des fentes peuvent être produites au moyen d'un découpage au laser, d'une attaque chimique et par poinçonnage mécanique, ce dernier procédé étant le plus intéressant du point du vue du coût. Cependant, une attaque chimique présente également des avantages notables. Etant donné que la couche 64 de cuivre est la pièce la plus rigide du circuit du film flexible, on peut obtenir une amélioration notable de la souplesse entre deux plots adjacents 74 dans la direction perpendiculaire à la surface du film, d'une façon plus économique que par le découpage des fentes. Etant donné que l'attaque chimique des anneaux 80 d'isolation des signaux dans le plan de masse est de toute façon une étape nécessai re, les fentes 82, en étant gravées en même temps, constituent une étape supplémentaire possible d'un point de vue du coût. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au composite décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Composite à film flexible à utiliser dans une interconnexion électrique avec un dispositif électronique plan, caractérisé en ce que le composite (42) comporte un film diélectrique mince et flexible ayant des surfaces supérieure et inférieure, une mince couche de métal disposée le long de la surface inférieure, et plusieurs plots ou pistes métalliques distincts le long de la surface supérieure, la mince couche de métal étant traversée de plusieurs fentes (82) alignées chacune entre deux plots ou pistes métalliques adjacents, de façon que le composite présente une souplesse locale améliorée entre des plots ou pistes métalliques adjacents. 2. Composite à film flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est traversé de plusieurs trous (72) pour connecter électriquement les plots ou pistes à la mince couche de métal, et cette dernière est traversée en outre par une rainure (80) autour de chaque trou traversant métallisé pour isoler électriquement les plots ou pistes de la partie restante de la mince couche de métal. 3. Composite à film flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fentes s'étendent à travers le composite. 4. Composite à film flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots ou pistes sont en cuivre plaqué d'or et de nickel, et s'élèvent au-dessus de la surface du composite. 5. Composite à film flexible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plots ou pistes sont d'une configuration globalement circulaire, ayant un diamètre prédéterminé, et en ce que la longueur des fentes est au moins double du diamètre prédéterminé.