Brevet FR2755342A1 — publié le 19980430

La présente invention concerne un procédé de réalisation d'un composant électrique constitué par une pluralité de circuits imprimés sur une pluralité correspondante de substrats isolants plans empilés les uns sur les autres pour former une plaquette monolithique multicouche, et le composant ainsi obtenu. De tels composants sont connus, par exemple de FR-A-2 210 884, et sont délicats à réaliser puisqu'il est nécessaire de relier entre eux les circuits imprimés. Selon une technique conventionnelle, les substrats isolants plans comportent sur chaque face un circuit imprimé, par exemple une spire d'une inductance, la liaison électrique entre les deux faces étant assurée au moyen d'un trou dont les parois sont rendues conductrices par une opération de métallisation, le trou étant pratiqué dans des zones de connexion ménagées en regard l'une de l'autre sur chaque face du substrat. Lorsque le composant comporte une dizaine de couches, ou plus, de substrats, il est alors nécessaire de répéter autant de fois l'opération de perçage et de métallisation. On obtient ainsi, après empilement des substrats et des isolants, une pluralité de trous borgnes totalement inaccessibles après réalisation de la plaquette monolithique. Cette opération allonge d'autant la durée de la fabrication du composant et, par suite, augmente sensiblement son prix. C'est dans cet esprit que le document US-A-4 543 553 apporte son enseignement. Ici, une partie des connexions électriques est réalisée par contact direct entre les circuits imprimés en regard de deux substrats adjacents, tandis que les autres connexions sont assurées par un trou pratiqué dans un substrat sur deux. L'inductance décrite dans FR-A-2 514 940 est prévue pour réduire la surface utilisée du substrat, et non pour en optimiser le processus de fabrication. Il en est de même de l'inductance décrite dans FR-A-2 706 113. L'invention entre dans ce contexte et a pour but de réduire les coûts de fabrication d'un tel composant. Selon un premier aspect de l'invention, l'invention concerne un procédé de réalisation d'un composant électrique constitué par une pluralité de circuits imprimés sur une pluralité correspondante de substrats isolants plans empilés les uns sur les autres pour former une plaquette monolithique multicouche, les circuits imprimés étant reliés les uns aux autres, les substrats étant séparés les uns des autres par un matériau isolant, chacun des circuits imprimés présentant au moins une zone de connexion à au moins un autre circuit imprimé, les zones de connexion de deux circuits devant être électriquement reliés l'un à l'autre étant sensiblement en regard les unes des autres pour être percées d'un trou permettant le passage d'un conducteur électrique. Selon cet aspect de l'invention, les trous sont percés sur toute l'épaisseur de la plaquette après empilement des substrats. L'axe de perçage des trous fait un angle non nécessairement droit avec le plan des substrats. La paroi interne des trous est ensuite métallisée pour être rendue conductrice. Selon un autre aspect, l'invention concerne un composant électrique obtenu par la mise en oeuvre du procédé précité. Les circuits imprimés sur chacun des substrats ne devant pas être reliés électriquement ensemble sont au moins partiellement décalés horizontalement les uns par rapport aux autres, de manière à ne pas se situer dans l'axe de l'un des trous percés. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit de modes préférés de réalisation donnés à titre non limitatif et à laquelle deux planches de dessins sont annexées sur lesquelles La Figure 1 représente schématiquement en coupe un composant conforme à l'invention ; La Figure 2 représente schématiquement en perspective écorchée un composant conforme à l'invention La Figure 3 illustre l'ajout d'un substrat plan d'extrémité ; et La Figure 4 représente schématiquement un transformateur réalisé conformément à l'invention. En référence maintenant aux dessins, on a représenté sur la Figure 1 un composant électrique formé par une plaquette monolithique multicouche 10 constituée ici par un empilement de deux substrats isolants sur chaque face plane desquels est disposé un circuit imprimé 16, 18, 20, 22. Le nombre de substrats empilés est plus généralement compris entre 5 et 30, mais ce nombre ne doit pas être considéré ici comme une limitation. La réalisation d'un tel circuit est bien connue dans l'art et un circuit est aisément obtenu par estampage, par photogravure ou par gravure chimique. De façon connue, l'épaisseur du circuit imprimé est de l'ordre de 10 à 100 . Entre deux substrats successifs pourvus de leurs circuits imprimés, on dispose un isolant électrique 24, généralement constitué par un papier ou un tissu pré-imprégné. La plaquette ainsi réalisée est ensuite normalement imprégnée si nécessaire. Le problème se pose donc des liaisons électriques entre les différents circuits imprimés. Alors que dans l'art antérieur, on perce chaque substrat séparément, selon l'invention, on perce tous les substrats ensemble après l'opération de stratification. La Figure 2 est plus explicite ici. Sur la Figure 2, on a représenté très schématiquement en perspective écorchez quatre substrats, sur chacun desquels se trouve un circuit imprimé 40, 42, 44 et 46. Pour des raisons de simplification et de clarté, seule une face de chaque substrat comporte ici un circuit imprimé en forme de spires grecques, mais la technique est identique si les deux faces comportent un circuit imprimé et si le circuit imprimé présente un autre dessin. Chaque circuit présente au moins une zone de connexion électrique 50, 52, 54, 56, 58, 60, 62, généralement constituée par un élargissement arrondi du conducteur imprimé de manière à autoriser la réalisation d'un trou sensiblement au centre de la zone de connexion. Les zones de connexion devant être reliées entre elles 50 et 54, 52 et 56, 58 et 62, sont sensiblement en regard les unes des autres et décalées par rapport aux conducteurs imprimés sur les autres substrats. On comprend dès lors que, lorsque l'empilement des substrats est réalisé, il suffit de percer un trou 70 à travers la totalité de l'empilement pour disposer le conducteur reliant les zones de connexion appropriées et seulement celles-ci. Il est donc totalement inutile de percer chaque substrat séparément, puis de métalliser immédiatement les parois des trous pratiqués sur le substrat traité. De ce fait, on imprègne d'abord l'ensemble si nécessaire, puis on perce les trous. Ensuite, la paroi de ceux-ci est métallisée selon une technique bien connue en un unique passage à la station de métallisation. Dans l'exemple représenté, l'axe des trous est perpendiculaire à la surface plane des substrats, mais cela n'est pas une nécessité, puisqu'il est possible de percer un trou en oblique. En effet, l'axe de perçage des trous peut faire un angle non nécessairement droit avec le plan des substrats. Un trou percé en oblique peut être intéressant, notamment lorsque les circuits imprimés sont de densité élevée, ou pour réduire les capacités parasites dans l'ensemble. On obtient bien ainsi une réduction notable du temps de fabrication d'un tel composant, puisque les opérations de perçage et de métallisation sont effectuées en une seule fois. En outre, on a l'avantage complémentaire d'avoir accès directement aux différents étages de l'empilement, par exemple pour créer des sorties électriques intermédiaires ou pour permettre un contrôle de qualité non destructif ultérieur des différents étages du composant. En outre, deux trous adjacents dont les parois sont ainsi métallisées peuvent éventuellement constituer ensemble un condensateur dont la capacité peut facilement être ajustée et pouvant être utile pour réaliser un circuit résonant lorsque les circuits imprimés affectent la forme de spires inductives. En référence à la Figure 3, il peut être utile de rajouter à la plaquette ainsi réalisée, un substrat plan d'extrémité 72 qui est revêtu extérieurement d'un plan conducteur 74 éventuellement relié à la masse et formant blindage électromagnétique et/ou dissipateur thermique. Ceci est particulièrement utile lorsque le composant final comprend, en outre, un circuit actif, un quartz, une batterie de sauvegarde, un circuit rayonnant, ou équivalent. Ce circuit, disposé, par exemple dans une cavité prévue à cet effet dans la plaquette ou même à l'extérieur de la plaquette, sera alors généralement au contact substantiel du substrat plan d'extrémité 74 pour assurer la dissipation thermique. Mais le substrat plan d'extrémité 72 pourvu du revêtement conducteur 74 est également utile lorsque l'on voudra enfermer le composant achevé dans une cage de Faraday, limiter les inductances de fuite ou éviter tout rayonnement éventuel. Le revêtement conducteur 74 du substrat plan d'extrémité peut, de façon favorable, être relié à la masse de l'ensemble final. On a représenté schématiquement en coupe sur la Figure 4 un transformateur obtenu selon le procédé qui vient d'être décrit. Les bobinages primaire et secondaire sont réalisés par des spires imprimées sur les substrats comme il a été indiqué ci-avant. La plaquette monolithique ainsi obtenue est référencée 10, avec ses trous percés 70 conformément à la présente invention. La plaquette présente une ouverture centrale qui peut être favorablement percée en même temps que les trous 70 pour permettre le passage d'un pied d'une ferrite 76 enfermant le transformateur et pour refermer le champ magnétique de façon appropriée. Pour éviter tout problème de claquage ou de formation d'un arc électrique entre une extrémité d'un des trous métallisés 70 et la ferrite elle-même 76, on ajoute de part et d'autre de l'empilement un substrat isolant 78, par exemple imprégné, et fermant les trous métallisés 70. Un adhésif 80 est alors favorablement ajouté entre le substat isolant 78 et la ferrite 76 pour immobiliser cette dernière. Un substrat plan isolant est également utilisé lorsque la plaquette monolithique est disposée à proximité immédiate d'un autre circuit électrique. On peut ainsi obtenir plus de 750 Volts d'isolement pour 25 g d'épaisseur du substrat, soit de l'ordre de 4 à 6 kVolts d'isolation avec un substrat normal. De préférence, le substrat est un substrat organique et le matériau isolant disposé entre chaque substrat dans l'empilement est une feuille de résine isolante d'imprégnation conventionnelle comportant des fibres de verre noyées dans un époxyde pré-polymérisé. Bien que l'on ait représenté et décrit ce que l'on considère actuellement être les modes de réalisation préférés de la présente invention, il est évident que l'Homme de l'Art pourra y apporter différents changements et modifications sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini ci-après. On aura compris, par exemple, que le composant électrique ainsi obtenu peut constituer une inductance, un condensateur, une résistance, un transformateur ou une combinaison de ceux-ci, tel un filtre dont la fréquence de coupure peut facilement être calculée, ou une ligne à retard conventionnelle. Ainsi le circuit imprimé sur chaque substrat pourra affecter la forme de spires arrondies ou grecques, de plan de conducteurs rectilignes ou non, ou une combinaison de ces formes. Les différents axes de perçage des substrats sont susceptibles de se couper pour relier électriquement plusieurs zones de connexion. Le composant électrique ainsi obtenu constitue, de préférence, mais non obligatoirement, un composant enfichable. Le composant électrique selon l'invention peut également incorporer un matériau magnétique dans des orifices prévus à cet effet dans le ou les substrat(s), et des résistances à base de carbone ou de graphite sérigraphiées sur les substrats isolants. Un tel composant trouve, notamment, son application dans les technologies de la télécommunication, numérique ou analogique, notamment en vidéo. REVEND ICAT IONS 1 - Procédé de réalisation d'un composant électrique (10) constitué par une pluralité de circuits imprimés (16, 18, 20, 22 ; 40, 42, 44, 46) sur une pluralité correspondante de substrats isolants (12, 14 ; 30, 32,; 34, 36) plans empilés les uns sur les autres pour former une plaquette monolithique multicouche, les dits circuits imprimés étant reliés les uns aux autres, les dits substrats étant séparés les uns des autres par un matériau isolant (24), chacun des dits circuits imprimés présentant au moins une zone de connexion (50, 52, 54, 56, 58, 60) à au moins un autre circuit imprimé, les dites zones de connexion de deux circuits devant être électriquement reliés l'un à l'autre étant sensiblement en regard les unes des autres pour être percées d'un trou (70) permettant le passage d'un conducteur électrique, caractérisé en ce que les dits trous (70) sont percés sur toute l'épaisseur de la plaquette après empilement des dits substrats. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de perçage des dits trous (70) fait un angle non nécessairement droit avec le plan des substrats (30, 32, 34, 36). 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé ce que la paroi interne des dits trous (70) est ensuite métallisée pour être rendue conductrice. 4 - Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on ajoute un substrat plan d'extrémité (72) horizontalement sur au moins une des surfaces planes d'extrémité de la dite plaquette monolithique multicouche, le dit substrat plan d'extrémité (72) étant isolant pour éviter toute création d'un arc entre un conducteur électrique traversant les dits trous (70) et un élément conducteur éventuellement voisin de la dite surface d'extrémité. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on applique extérieurement sur le dit substrat plan d'extrémité (72) un revêtement plan conducteur (74) éventuellement relié à la masse pour former blindage électromagnétique et/ou dissipateur thermique. 6 - Composant électrique obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les circuits imprimés sur chacun des substrats ne devant pas être reliés électriquement ensemble sont au moins partiellement décalés horizontalement les uns par rapport aux autres, de manière à ne pas se situer dans l'axe de l'un des dits trous (70). 7 - Composant électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la dite plaquette monolithique (10) est percée au niveau des dites zones de connexion (50, 52, 54, 56, 58, 60) d'un trou (70) dont les parois sont métallisées pour assurer un chemin électrique entre les zones de connexion d'au moins deux circuits devant être électriquement reliés. 8 - Composant électrique selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'axe de perçage des dits trous (70) fait un angle non nécessairement droit avec le plan des substrats (30, 32, 34, 36). 9 - Composant électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les différents axes de perçage sont susceptibles de se couper pour relier électriquement plusieurs zones de connexion. 10 - Composant électrique selon l'une quelconque des revendication 6 à 9, caractérisé en ce que les dits circuits imprimés (40, 42, 44, 46) affectent substantiellement la forme d'une spire, d'un plan ou d'une combinaison de ceux-ci. 11 - Composant électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que chaque paire de conducteurs traversant les dits trous percés (70) dans la plaquette constitue un condensateur. 12 - Composant électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un substrat plan d'extrémité (72) disposé horizontalement sur au moins une des surfaces planes d'extrémité de la dite plaquette monolithique multicouche (10), le dit substrat plan d'extrémité (72) étant isolant pour éviter toute création d'un arc entre un conducteur électrique traversant les dits trous (70) et un élément conducteur éventuellement voisin. 13 - Composant électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dit substrat plan d'extrémité (72) est revêtu extérieurement d'un plan conducteur (74) éventuellement relié à la masse et formant blindage électromagnétique et/ou dissipateur thermique. 14 - Composant électrique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dit élément conducteur voisin est une ferrite (76) ou un autre circuit électrique. 15 - Composant électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé en ce qu'il constitue une inductance, un condensateur, une résistance, un transformateur ou une combinaison de ceux-ci, tel un filtre ou une ligne à retard. 16 - Composant électrique selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, un circuit actif substantiellement disposé dans la dite plaquette monolithique (10), notamment au contact substantiel d'au moins un des dits substrats plans d'extrémité (72). 17 - Composant électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 16, caractérisé en ce que le substrat (12, 14) est un substrat organique et que le matériau isolant (24) disposé entre chaque substrat dans le dit empilement est une résine isolante d'imprégnation conventionnelle.