Brevet FR2795908A1 — publié le 20010105

L'invention concerne un procédé permettant d'encapsuler un groupe structurel garni, au moyen d'une masse thixotrope coulée ou masse thixotrope d'enrobage amortissant les vibrations, et un groupe structurel garni ainsi encapsulé. I1 est déjà connu d'encapsuler des groupes structurels garnis, au moyen d'une masse coulée thixotrope à base de silicone (ce qu'il est convenu d'appeler un silgel) amortissant les vibrations. Le silgel a la propriété, appelée thixotropie, de se liquéfier sous l'effet d'une pression d'apport dosé utilisée lors de l'encapsulage et de se rigidifier de nouveau après être sorti du dispositif d'apport dosé. L'encapsulage permet d'obtenir une protection de mises en contact électrique, tel que par exemple des liaisons par fils de bonding ou des collages électriquement conducteurs du groupe structurel garni, vis-à-vis des sollicitations élevées de vibration (jusqu'à environ 40 g) se produisant par exemple dans un véhicule automobile. Par la demande de brevet allemand DE 197 12 842, on connaît un appareil de commande, pour véhicule automobile, qui comprend un circuit électrique qui est monté sur une plaquette de base et qui fait l'objet d'une mise en contact au moyen d'une plaquette de circuit imprimé flexible menant jusqu'au circuit. La plaquette de circuit imprimé flexible sert en même temps de passage électrique à travers le boîtier. Un encapsulage de circuits hybrides au moyen d'une résine époxy est décrit dans l'article "Encapsulage de circuits hybrides" de G. Schwarz, Elektronik Produktion und Prûftechnik, juillet/août 1984, page 419 à 421. Ou bien l'ensemble du circuit hybride est entouré de résine époxy, ou bien des éléments structurels différents du circuit sont encapsulés séparément. Un recouvrement de pastille, permettant de recouvrir totalement ou partiellement des composants électriques, électroniques ou optoélectroniques de la pastille, est décrit dans le document DE 195 15 187 A1. Le recouvrement de pastille présente la particularité qu'un agent de pigmentation est ajouté au recouvrement. Un agencement de circuit dans lequel est utilisé un encapsulage de silicone isolant électriquement la structure de circuit et la protégeant mécaniquement d'une détérioration est décrit dans le document DE 44 07 810 C2. La masse d'encapsulage constitue également un élément formant coussin qui sert à compenser la pression dans le cas d'une réalisation de l'agencement de circuit par mise en contact sous pression. L'invention a pour but de fournir un procédé au moyen duquel il soit possible de réaliser, d'une manière économique et sûre sur le plan du processus, un encapsulage d'un circuit électrique, faisant l'objet d'une mise en contact au moyen d'une plaquette de circuit imprimé flexible, par une masse coulée thixotrope. L'invention vise en outre à fournir un groupe structurel garni résistant aux vibrations, du type précédemment indiqué, qui puisse être fabriqué économiquement. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'encapsulage partiel d'un groupe structurel garni comprenant une plaquette de base, un substrat monté sur la plaquette de base et garni de composants électriques, et une plaquette de circuit imprimé flexible qui mène jusqu'au substrat et qui réalise une mise en contact électrique du substrat garni au moyen de fils conducteurs montés sur la plaquette de circuit imprimé en des emplacements de contact appropriés, procédé selon lequel l'encapsulage partiel du groupe structurel garni s'effectue en enrobant, au moyen d'une masse coulée thixotrope amortissant les vibrations, les composants disposés sur le substrat et, dans une phase de travail séparée, les emplacements de contact des fils conducteurs raccordés à la plaquette de circuit imprimé flexible. Dans le même but, l'invention a également pour objet un groupe structurel garni comprenant une plaquette de base, un substrat monté sur la plaquette de base et garni de composants électriques, et une plaquette de circuit imprimé flexible qui mène jusqu'au substrat et qui réalise une mise en contact électrique du substrat garni au moyen de fils conducteurs montés sur la plaquette de circuit imprimé en des emplacements de contact appropriés, groupe structurel dans lequel, par-dessus le substrat, il est prévu une première structure d'encapsulage constituée d'une masse coulée thixotrope et, par-dessus les emplacements de contact des fils conducteurs raccordés à la plaquette de circuit imprimé flexible, il est prévu une seconde structure d'encapsulage, également constituée d'une masse coulée thixotrope, qui est appliquée séparément vis-à-vis de la première structure d'encapsulage. Des essais effectués dans le cadre de l'invention ont démontré qu'avec une telle structure de circuit, des difficultés se présentent pour placer un encapsulage amortissant les vibrations, comportant une masse coulée thixotrope, en une seule phase de travail sur le substrat et sur les emplacements de contact des fils conducteurs raccordés à la plaquette de circuit imprimé flexible. Si on place sur le substrat une masse coulée à degré de thixotropie relativement élevé, cela doit s'effectuer avec une pression d'apport dosé élevée pour que, lors de l'apport dosé, la masse coulée possède une viscosité suffisamment faible pour pouvoir atteindre à la fois les composants électriques et les emplacements de contact. Des liaisons par fil de bonding peuvent être endommagées sous l'effet de la pression d'apport dosé élevée. En outre, en raison du degré de thixotropie élevé, il peut apparaître une difficulté résidant dans le fait que la masse coulée se rigidifie trop rapidement et que les liaisons par fil de bonding ne sont pas alors totalement entourées, de sorte qu'on obtient une protection insuffisante vis-à-vis des vibrations. Bien qu'en utilisant une masse coulée à degré de thixotropie relativement faible, il soit possible de remédier aux problèmes indiqués précédemment, il se présente toutefois un fluage prononcé de la masse coulée, dans ce cas relativement fluide, sur la plaquette de circuit imprimé flexible. I1 résulte du fluage qu'une quantité importante de masse coulée est nécessaire. Dans la mesure où on utilise la plaquette de circuit imprimé flexible comme passage à travers le boîtier, il existe en outre l'inconvénient résidant dans le fait qu'une surface de base de grandes dimensions du boîtier est nécessaire pour empêcher que la masse coulée ne puisse s'étaler jusque dans la zone d'étanchéité et y provoquer ultérieurement des défauts d'étanchéité. Il s'y ajoute le fait que, pour des raisons de sécurité du processus, il doit en plus être prévu un domaine de tolérance de surfaces de base relativement grand pour le fluage de la masse coulée, étant donné qu'il s'est avéré que la masse coulée (par exemple un silgel rendu thixotrope) est livré par le fabricant avec des fluctuations importantes de viscosité. Dans l'ensemble, il est apparu qu'un apport dosé de la masse coulée thixotrope suffisamment sùr sur le plan du processus ne peut être obtenu en une seule phase de travail, si ce n'est pas du tout, qu'à l'aide de mesures supplémentaires onéreuses (par exemple l'addition de barrières vis-à-vis du fluage de la masse coulée) et/ou qu'en prenant en compte de grandes dimensions de boîtier. Les difficultés indiquées sont surmontées au moyen de l'encapsulage du groupe structurel effectué, conformément à l'invention, en (au moins) deux phases de travail. Une quantité comparativement faible de masse coulée thixotrope est nécessaire. I1 est en outre avantageux de devoir prévoir beaucoup moins de place (c'est-à-dire de surface de base de plaquette) pour le fluage de la masse coulée, étant donné que la portée de fluage est nettement réduite du fait de la tension superficielle qui s'exerce plus fortement dans le cas d'une plus faible quantité de masse coulée. Cet effet se manifeste en particulier lors de l'encapsulage des emplacements de contact. En principe, les deux phases de travail peuvent être effectuées avec des masses coulées de différents degrés de thixotropie. Toutefois, on utilise de préférence la même masse coulée, présentant le même degré de thixotropie, pour l'encapsulage des composants électriques et pour l'encapsu-lage des emplacements de contact, étant donné que, dans ce cas, l'ensemble du processus peut être exécuté d'une manière économique avec une seule installation d'encapsulage. Une première variante préférée de mise en oeuvre de l'invention se caractérise par le fait que le substrat, avec les composants électriques montés sur celui-ci, est encapsulé sur toute sa surface. On obtient dans ce cas une vitesse maximale de déroulement du processus. Dans une seconde variante, également préférée, de mise en oeuvre de l'invention, au moins certains des composants électriques montés sur le substrat sont pourvus d'un encapsulage individuel. L'avantage en est qu'il est besoin d'une quantité de masse coulée encore plus faible que dans le cas de la première variante, ce qui rend minimaux les coûts en matière. En particulier dans le cas de la première variante de mise en oeuvre, il est préférable que le substrat soit disposé dans une zone en renfoncement de la plaquette de base ou que cette plaquette de base soit conçue une structure "en fossé" entourant le substrat. Dans les deux cas, la masse coulée passant par-dessus le bord du substrat peut être recueillie dans la zone en renfoncement ou la structure en fossé. En ce qui concerne la seconde phase de travail liée à l'encapsulage des emplacements de contact, des emplacements de contact individuels peuvent être encapsulés soit individuellement, soit également d'une manière commune. La structure de circuit conforme à l'invention est utilisée avec un avantage particulier dans un appareil de commande destiné à être placé dans une boîte de vitesses de véhicule automobile ou un moteur de véhicule automobile. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes - la même masse coulée, présentant le même degré de thixotropie, est utilisée pour l'encapsulage des composants électriques et pour l'encapsulage des emplacements de contact, - le substrat, avec les composants électriques montés sur celui-ci, est encapsulé sur toute sa surface. - au moins certains des composants électriques montés sur le substrat sont pourvus d'un encapsulage individuel. - des emplacements de contact individuels sont encapsulés d'une manière individuelle. - plusieurs emplacements de contact sont encapsulés d'une manière commune. - la masse coulée thixotrope est un gel à base de silicone, mélangé à un agent rendant thixotrope, notamment un silgel rendu thixotrope. Le groupe structurel garni conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes . - le substrat est disposé dans une zone en renfoncement de la plaquette de base, - la plaquette de base est réalisée avec une structure en fossé faisant tout le tour du substrat. L'invention a enfin également pour objet un appareil de commande destiné à être monté dans une boîte de vitesses de véhicule automobile ou un moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un groupe structurel garni conforme à l'invention. L'invention est exposée ci-après à l'aide de deux variantes de mise en oeuvre, en regard des dessins ; sur ceux-ci, on voit à la figure 1, une vue en coupe schématique d'un appareil de commande de boîte de vitesses, comportant une structure de circuit conforme à l'invention, qui est prévu pour être monté dans une boîte de vitesses, à la figure 2, une vue en coupe schématique d'une première variante de mise en oeuvre de l'invention, à la figure 3, une vue en coupe schématique d'une seconde variante de mise en oeuvre de l'invention, à la figure 4, une vue en coupe schématique de la première variante de mise en oeuvre comportant une zone en renfoncement dans la plaquette de base, à la figure 5, une vue en coupe schématique de la première variante de mise en oeuvre comportant une structure en fossé dans la plaquette de base, à la figure 6, une vue en coupe schématique d'une plaquette de circuit imprimé flexible dans la zone d'un emplacement de contact et, à la figure 7, en vue de dessus, une représentation schématique d'une structure de circuit conforme à l'invention comportant des encapsulages d'emplacements de contact individuels et des encapsulages d'emplacements de contact multiples. La figure 1 représente un appareil de commande de boîte de vitesses 1 destiné à être monté dans une boîte de vitesses. Une plaquette de circuit imprimé 3 flexible est collée (fixée d'une manière stratifiée) de façon étanche aux huiles sur une plaquette de base 2 métallique, qui est de préférence en aluminium, au moyen d'une colle résistant aux huiles. La plaquette 3 entoure de tous côtés un circuit électrique 4 constitué par exemple d'un substrat de plaquette de circuit imprimé 5 en céramique (substrat LTCC) et de composants électriques 6 montés sur celui-ci. Le substrat céramique 5 est collé sur la plaquette de base 2, dans une zone centrale de celle-ci, au moyen d'une colle thermoconductrice. La mise en contact électrique du circuit électrique 4 avec la plaquette 3 s'effectue par l'intermédiaire de fils conducteurs 7, se présentant de préférence sous forme de fils de bonding en A1 (épaisseur des fils conducteurs 7 d' approximativement 300 ym). Un couvercle de boîtier 8 est accouplé de façon étanche aux huiles à la plaquette de base 2 métallique au moyen d'une liaison de fixation par pression, réalisée au moyen d'éléments de fixation 9, en utilisant une garniture d'étanchéité 10 annulaire. La plaquette de circuit imprimé 3 flexible sort de la cavité du boîtier d'appareil de commande 2, 8 entre la garniture d'étanchéité 10 annulaire et la plaquette de base 2 métallique et vient en contact avec des composants électriques disposés à l'extérieur du boîtier d'appareil de commande 2, 8, par exemple un capteur de température 11. Les figures 2 à 7 servent à exposer l'encapsulage, non représenté à la figure 1, des composants électriques 6 et des emplacements de contact 14 prévus entre les fils conducteurs 7 et la plaquette de circuit imprimé 3 flexible, au moyen d'une masse d'enrobage 15 thixotrope. I1 s'est avéré qu'un encapsulage des composants 6 sur le substrat 5 est au moins toujours nécessaire lorsque les composants 6 font l'objet d'une mise en contact par collage de contact, brasage ou soudage laser sur le substrat 5. En ce qui concerne la masse d'enrobage 15 thixotrope utilisée dans le cadre de l'invention, il s'agit de préférence d'un silgel rendu thixotrope. Un silgel rendu thixotrope est un gel à teneur élevée en silicone qui est mélangé à un agent thixotrope en vue d'obtenir une résistance au fluage suffisante. Immédiatement après est être sorti d'un orifice d'apport dosé d'une installation d'apport dosé, il possède une viscosité approximativement comparable à celle d'un liquide. A l'état mécaniquement non sollicité, le silgel se rigidifie jusqu'à une viscosité comparable à celle du miel et est alors en mesure de constituer les structures d'encapsulage décrites ci-après et représentées. Un silgel non rendu thixotrope (qui possède également de faibles propriétés thixotropes) est presque liquide et donc trop fluide pour l'utilisation conforme à l'invention. Conformément à la figure 2, dans une première phase de travail, toute la face supérieure du substrat 5, avec tous les composants électriques 6 situés sur celle-ci, est encapsulée. I1 se forme une structure d'encapsulage bombée (représentée d'une manière exagérée à la figure 2). A cette occasion, des liaisons électriques par fils de bonding 12 ayant par exemple une épaisseur de 30 Mm (qu'il est convenu d'appeler fils de bonding fins), qui s'étendent entre les composants électriques 6 et des plots de contact 13 situés sur des pistes conductrices intégrées dans le substrat céramique 5 et sont de préférence en or, sont totalement entourées par la masse d'enrobage 15. I1 est également possible qu'à cette occasion, des emplacements de contact complémentaires 22 situés entre les fils conducteurs 7 et les pistes conductrices intégrées soient entourés par la masse d'enrobage 15. Dans une seconde phase de travail, les fils conducteurs 7 sont également encapsulés au moyen d'un silgel rendu thixotrope à l'endroit de leurs emplacements de contact 14 situés sur la plaquette de circuit imprimé 3 flexible. L'encapsulage peut s'effectuer d'une manière localisée, c'est-à-dire d'une manière individuelle pour chaque emplacement de contact 14, ou plusieurs emplacements de contact 14 voisins peuvent être recouverts d'un ruban 16 d'un seul tenant réalisé à partir de la masse d'enrobage 15 (voir figure 7). La figure 3 représente une seconde variante de mise en oeuvre dans laquelle, dans une première phase de travail, les composants électriques 6 situés sur le substrat céramique 5 sont encapsulés d'une manière individuelle. Dans ce cas également, les liaisons par fils de bonding fins 12 des composants électriques 6 sont totalement entourées par la masse d'enrobage 15. La seconde phase de travail (encapsulage des emplacements de contact 14 raccordés à la plaquette de circuit imprimé 3 flexible) s'exécute de la manière déjà exposée en regard de la figure 2. Dans une autre phase d'encapsulage, les fils conducteurs 7 raccordés aux emplacements de contact complémentaires 22 situés du côté du substrat sont entourés de masse d'enrobage. Dans les deux variantes de mise en oeuvre, l'ordre des deux phases de travail est quelconque. Il est toutefois important que les masses d'enrobage 15 disposées par-dessus le substrat céramique 5 et les emplacements de contact 14 soient appliquées suivant des apports dosés se déroulant d'une manière séparée. Habituellement, on utilise une installation d'apport dosé comportant un seul orifice de dosage et on déplace l'orifice de dosage par rapport à la structure de circuit 1 en utilisant un système de positionnement automatique à surveillance optique de position. Suivant la figure 4, le substrat céramique 5 peut être placé dans une zone en renfoncement 18 de la plaquette de base 2. La zone en renfoncement 18 a des dimensions latérales plus grandes que le substrat céramique 5, de sorte que, suivant la périphérie de ce substrat céramique 5, il subsiste une zone formant intervalle 17 qui fait tout le tour et dans laquelle peut être reçue la masse d'enrobage 15 qui passe éventuellement par-dessus le bord du substrat. Cela permet une influence favorable sur la sécurité. Cela un influe d'une manière favorable sur la sécurité du processus lors de la première phase de travail, étant donné que des fluctuations de viscosité de la masse d'enrobage provenant de la fabrication sont compensées par la réception dans la zone formant intervalle 17 qui fait tout le tour. Suivant la figure 5, le même but peut être atteint au moyen d'une structure en fossé 19 qui fait tout le tour du substrat céramique 5. La figure 6 représente la structure de la plaquette de circuit imprimé 3 flexible dans la zone d'un emplacement de contact 14. La plaquette 3 est appliquée d'une manière stratifiée sur la plaquette de base 2 au moyen d'une colle 20 résistante aux huiles et elle comprend deux feuilles de matière plastique 3.1 et 3.5 entre lesquelles est noyée une piste conductrice électrique 3.3 en utilisant des couches de colle 3.2 et 3.4. Dans la zone de l'emplacement de contact 14, la feuille de matière plastique 3.5 et la couche de colle 3.4 situées du côté de la couverture sont évidées et la piste conductrice électrique 3.3 est pourvue dans cette zone d'un revêtement métallique de contact 21 (par exemple 2 - 4 Mm de nickel et, par-dessus, 0,2 - 0,4 Mm d'or). Le fil conducteur 7 est fixé de manière adhérente au revêtement métallique de contact 21. La quantité de masse d'enrobage 15 devant être appliquée lors de l'opération d'apport dosé est dimensionnée de façon à obtenir une hauteur d'encapsulage d'approximati-vement 400 Mm par-dessus le revêtement métallique de contact 21. I1 est possible de maintenir cette quantité à une faible valeur, étant donné qu'en raison de la tension superficielle, la masse d'enrobage 15 constitue une goutte de forme hémisphérique (ou, sous forme de ruban - voir figure 7 - une section transversale de ruban de forme sensiblement semi-circulaire). Cet effet est favorisé par le fait que le revêtement métallique de contact 21 est situé en retrait vis-à-vis de la surface de la plaquette de circuit imprimé 3 flexible (la distance entre le revêtement métallique de contact 21 et la surface de la plaquette de circuit imprimé peut par exemple valoir approximativement 50 gm). La figure 6 montre clairement qu'il ne se produit pratiquement pas de fluage de la masse d'enrobage 15 dans la zone de l'emplacement de contact 14, et ceci même lorsque, comme masse d'enrobage 15, on utilise, dans la seconde phase de travail, le même silgel (rendu thixotrope d'une manière relativement faible) que dans la première phase de travail. La figure 7 est une représentation schématique, en vue de dessus, de la plaquette de circuit imprimé 3 flexible et du substrat céramique 5 (le garnissage et l'encapsulage de celui-ci n'étant pas représentés). Comme déjà indiqué, dans la seconde phase de travail, les emplacements de contact 14 peuvent être encapsulés soit d'une manière individuelle, soit d'une manière commune au moyen d'un ruban 16 réalisé à partir de la masse d'enrobage 15. REVENDICATIONS 1. Procédé d'encapsulage partiel d'un groupe structurel garni comprenant - une plaquette de base (2), - un substrat (5) monté sur la plaquette de base (2) et garni de composants électriques (6), et - une plaquette de circuit imprimé (3) flexible qui mène jusqu'au substrat (5) et qui réalise une mise en contact électrique du substrat garni (5) au moyen de fils conducteurs (7) montés sur la plaquette de circuit imprimé (3) en des emplacements de contact (14) appropriés, caractérisé en ce que l'encapsulage partiel du groupe structurel garni s'effectue en enrobant, au moyen d'une masse coulée (15) thixotrope amortissant les vibrations, - les composants (6) disposés sur le substrat (5) et, - dans une phase de travail séparée, les emplacements de contact (14) des fils conducteurs (7) raccordés à la plaquette de circuit imprimé (3) flexible. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la même masse coulée (15), présentant le même degré de thixotropie, est utilisée pour l'encapsulage des composants électriques (6) et pour l'encapsulage des emplacements de contact (14). 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le substrat (5), avec les composants électriques (6) montés sur celui-ci, est encapsulé sur toute sa surface. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins certains des composants électriques (6) montés sur le substrat (5) sont pourvus d'un encapsulage individuel. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que des emplacements de contact (14) individuels sont encapsulés d'une manière individuelle. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que plusieurs emplacements de contact (14) sont encapsulés d'une manière commune. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la masse coulée (15) thixotrope est un gel à base de silicone, mélangé à un agent rendant thixotrope, notamment un silgel rendu thixotrope. 8. Groupe structurel garni comprenant - une plaquette de base (2), - un substrat (5) monté sur la plaquette de base (2) et garni de composants électriques (6), et - une plaquette de circuit imprimé (3) flexible qui mène jusqu'au substrat (5) et qui réalise une mise en contact électrique du substrat garni (5) au moyen de fils conducteurs (7) montés sur la plaquette de circuit imprimé (3) en des emplacements de contact (14) appropriés, caractérisé en ce que - par-dessus le substrat (2), il est prévu une première structure d'encapsulage constituée d'une masse coulée (15) thixotrope et, - par-dessus les emplacements de contact (14) des fils conducteurs (7) raccordés à la plaquette de circuit imprimé (3) flexible, il est prévu une seconde structure d'encapsulage, également constituée d'une masse coulée (15) thixotrope, qui est appliquée séparément vis-à-vis de la première structure d'encapsulage. 9. Groupe structurel garni suivant la revendication 8, caractérisé en ce que le substrat (5) est disposé dans une zone en renfoncement (18) de la plaquette de base (2). 10. Groupe structurel garni suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que la plaquette de base (2) est réalisée avec une structure en fossé (19) faisant tout le tour du substrat (5). il. Appareil de commande destiné à être monté dans une boîte de vitesses de véhicule automobile ou un moteur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un groupe structurel garni conforme à l'une quelconque des revendications 8 à 10.