Brevet FR2961057A1 — publié le 20111209

La présente invention concerne le domaine technique du montage de composants électroniques ou électriques sur un support au sens général présentant un circuit conducteur d'électricité. L'objet de l'invention concerne plus précisément le domaine technique du montage de composants électroniques ou électriques, sur un circuit conducteur d'électricité en matériau polymère thermoplastique, réalisé sur un support obtenu de préférence par moulage. De manière classique, les composants électroniques ou électriques sont montés sur un support présentant un circuit conducteur d'électricité. Depuis des développements récents, il a été proposé de réaliser un support intégrant des fonctions mécaniques et des fonctions électriques. Ainsi sont apparus les dispositifs moulés interconnectés (Molded Interconnected Devices) comportant un support moulé présentant une couche d'un matériau conducteur d'électricité mis en motif pour former un circuit conducteur d'électricité. Une première technique connue consiste à réaliser par moulage une pièce en matériau polymère qui est soumis ensuite à une structuration par un faisceau laser afin de recevoir ensuite une métallisation sélective chimique ou électrolytique en vue de réaliser le circuit conducteur d'électricité. Une variante connue de ce procédé consiste à métalliser toute la pièce moulée et à assurer l'ablation de la métallisation par le faisceau laser afin de réaliser le circuit conducteur d'électricité. Une autre technique connue consiste à réaliser une pièce moulée qui est ensuite surmoulée à l'aide d'une matière métallisable. Une opération de métallisation sélective chimique ou électrolytique permet ensuite de réaliser le circuit conducteur d'électricité. Il est également connu une autre technique dit de moulage bimatière consistant à réaliser sur une pièce moulée, un surmoulage avec un polymère thermosplastique conducteur d'électricité permettant de réaliser directement le circuit conducteur d'électricité. Quelque soit la technique de fabrication, le support ainsi réalisé est destiné au montage de composants électroniques ou électriques destinés à être connectés électriquement au circuit conducteur d'électricité. De manière classique, la liaison électrique entre les composants électroniques ou électriques et le circuit conducteur d'électricité est réalisée soit par soudure du type reflow ou apport de métal soit par l'intermédiaire d'un assemblage mécanique direct ou par un clip élastique. Dans le cas de la technique de moulage bimatière, les composants électroniques ou électriques sont placés dans le moule avant l'injection du polymère thermoplastique conducteur d'électricité, et sont ainsi surmoulés. En pratique, il s'avère que la connexion électrique de composants électroniques ou électriques constitue une opération délicate à mener à bien et présente diverses limitations. Ainsi, la technique de soudure reflow permet la fixation de composants électroniques ou électriques uniquement sur une pièce présentant une géométrie en deux dimensions. Par ailleurs, l'assemblage mécanique des composants électroniques ou électriques devient de plus en plus difficile à réaliser en raison de la réduction des dimensions de ces composants. De plus, le surmoulage de composants électroniques ou électriques est impossible pour de nombreuses pièces présentant des géométries tridimensionnelles car ces composants ne peuvent pas être maintenus correctement dans le moule. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant une nouvelle technique permettant d'assurer de manière simple et efficace, une connexion électrique de composants électriques ou électroniques sur le circuit conducteur d'électricité de géométrie bi ou tridimensionnelle d'un support avantageusement moulé. Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention concerne un procédé de montage de composants électroniques ou électriques munis de contacts électriques, sur un support pour un circuit conducteur d'électricité réalisé en un matériau polymère thermoplastique conducteur d'électricité. Selon l'invention, on : - place les contacts électriques du composant en contact avec le circuit conducteur d'électricité, - soumet au moins le composant à des vibrations ultrasonores pour assurer la fusion du polymère thermoplastique conducteur d'électricité et par suite, le soudage des contacts du composant avec le circuit conducteur d'électricité. De plus, le procédé de montage selon l'invention peut présenter en outre en combinaison au moins l'une et/ou l'autre des caractéristiques additionnelles suivantes : - à prépositionner le composant dans un logement aménagé au moins en partie dans le circuit conducteur d'électricité, en plaçant les contacts électriques en contact avec ledit circuit, et à appliquer les vibrations ultrasonores, - réaliser le logement avec un profil d'emboîtement pour le composant, - réaliser le logement en laissant subsister pour chaque contact électrique, une interface de matériau polymère séparé l'un de l'autre par une zone d'isolation électrique, - appliquer les vibrations ultrasonores en soumettant le composant à une force d'appui maîtrisée comprise entre 1 et 3 bars, - appliquer les vibrations ultrasonores à une fréquence comprise entre 20 et 50 KHz, - appliquer les vibrations ultrasonores avec une amplitude comprise entre 20 et 50 µm, - appliquer les vibrations ultrasonores à l'aide d'une sonotrode de forme adaptée à la forme du composant. Un autre objet de l'invention vise à proposer un support présentant un circuit conducteur d'électricité en matériau polymère thermoplastique conducteur d'électricité et obtenue par le procédé conforme à l'invention. Selon l'invention, le support comporte au moins un composant dont les contacts électriques sont fixés, sans apport de matière, au circuit conducteur d'électricité. De plus, le support selon l'invention peut présenter en outre en combinaison au moins l'une et/ou l'autre des caractéristiques additionnelles suivantes - le composant est monté dans un logement de prépositionnement, - pour chaque logement de prépositionnement, des interfaces de matériau polymère pour chaque contact électrique du composant, séparés entre eux par une zone d'isolation électrique. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1. est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'un support équipé de composants électroniques ou électriques fixés selon le procédé conforme à l'invention. La Figure 2 est une vue en coupe élévation montrant le principe général de montage de composants électroniques ou électriques sur un support. La Figure 3 est une vue en plan montrant un détail caractéristique du 15 support conforme à l'invention. La Figure 4 est une vue en coupe transversale prise sensiblement sur la ligne IV-IV de la Fig. 3. Les Figures 5, 6 et 7 sont des vues partielles en perspective montrant trois étapes caractéristiques du procédé de montage selon l'invention, à 20 savoir le prépositionnement du composant sur le support, l'application d'ondes ultrasonores sur le composant, et le montage final du composant sur le support. La Figure 8 est une vue schématique en perspective montrant le montage d'un composant à connexions saillantes sur un support. 25 Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 1 et 2, l'objet de l'invention concerne un procédé permettant le montage de composants électriques ou électroniques 1 sur un support 2 présentant un circuit conducteur d'électricité 3. Le support 2 se présente sous la forme d'une pièce réalisée en deux ou trois dimensions par les techniques classiques de 30 moulage. Ce support 2 présente toutes les formes possibles pour intégrer avantageusement les fonctions mécaniques et/ou électriques, dépendantes des diverses applications ou utilisations envisageables pour un tel support. Par exemple, un tel support 2 est réalisé dans un matériau substrat permettant thermiquement le surmoulage du matériau constitutif du circuit conducteur d'électricité 3. Préférentiellement et sans que cela puisse être limitatif, le matériau substrat est un polymère thermoplastique ou thermodurcissable. Le support 2 est pourvu d'un circuit conducteur d'électricité 3 réalisé avantageusement lors d'une opération de moulage avec un matériau polymère thermoplastique conducteur d'électricité. Le support 2 est donc obtenu par une première opération de moulage, à la forme souhaitée, suivie par une opération de surmoulage avec un matériau polymère thermoplastique conducteur d'électricité mis en motif afin de réaliser le circuit conducteur d'électricité 3. Bien entendu, le circuit conducteur d'électricité 3 peut correspondre à un ou plusieurs circuits conducteurs d'électricité indépendants présentant une géométrie bi ou tridimensionnelle et comportant en particulier une ou plusieurs pistes conductrices d'électricité. Le circuit conducteur d'électricité 3 est réalisé par un matériau polymère thermoplastique conducteur d'électricité. Ce matériau à caractère thermofusible est par exemple réalisé par un matériau polymère thermoplastique chargé de particules conductrices d'électricité (métaux, graphite, noir de carbone, etc.). Les composants 1 à fixer sur le support 2 sont de tout type connu en soi tel que par exemple des diodes, des résistances, des capteurs, des connecteurs, des fils de connexion, etc. . Les composants électroniques ou électriques 1 peuvent être des composants montés en surface (CMS) ou des composants de nature différente. De manière classique, chaque composant électronique ou électrique 1 comporte un corps 4 et des contacts électriques 5 en général métalliques destinés à être reliés électriquement avec le circuit conducteur d'électricité 3. De manière plus précise, les contacts électriques 5 sont destinés à être reliés à des zones de raccordement 7 du circuit conducteur d'électricité 3, séparées l'une de l'autre par une zone d'isolation électrique 8 (Fig. 3 à 5). Dans l'exemple illustré aux Fig. 1 à 7, les contacts électriques 5 sont accolés au corps 4 du composant 1 qui est du type CMS alors que dans l'exemple illustré à la Fig. 8, les contacts électriques 5 s'étendent en saillie par rapport au corps 4 du composant 1. L'objet de l'invention vise à proposer un procédé de montage des composants 1 assurant la connexion électrique des composants 1 avec le circuit conducteur d'électricité 3. Le procédé selon l'invention consiste à placer les contacts électriques 5 du composant 1 en contact avec le circuit conducteur d'électricité 3 et en particulier avec les zones de raccordement 7. Le procédé selon l'invention consiste ensuite à soumettre au moins le composant 1 à des vibrations ultrasonores pour assurer le soudage des contacts électriques 5 avec le circuit conducteur d'électricité 3. Le composant 1 et en particulier les contacts électriques 5 sont soumis à des vibrations conduisant à une élévation de température à l'interface entre les contacts électriques 5 et le circuit conducteur d'électricité 3. Il s'ensuit une thermofusion du polymère thermoplastique conducteur d'électricité et une soudure entre les contacts électriques 5 et le circuit conducteur d'électricité 3. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, le procédé selon l'invention consiste, avant d'appliquer les vibrations ultrasonores aux composants 1, à prépositionner le composant 1 dans un logement 10 de manière à être maintenu en position pour éviter son mouvement, ou éjection, lors de l'application des vibrations ultrasonores. Ainsi, ce logement de prépositionnement 10 est adapté à la forme du corps 4 et/ou des contacts électriques 5 du composant 1. Ainsi, le composant 1 à savoir le corps 4 et/ou les contacts électriques 5 se trouvent encastrés ou bloqués en partie ou totalement à l'intérieur du logement 10. Les Fig. 3 à 5 illustrent un exemple de montage d'un composant 1 du type CMS présentant une forme générale parallélipédique avec des contacts électriques 5 s'étendant de part et d'autre de ses deux faces opposées et sur le fond du corps 4. Selon cet exemple, le logement 10 présente une forme parallélipédique adaptée à la forme du composant 1. Bien entendu, le logement 10 peut présenter une forme adaptée à une partie seulement du composant 1. Dans le même sens, le logement 10 peut présenter une ou plusieurs parties communiquant ou non entre elles. Selon une variante préférée de réalisation, le logement 10 est réalisé avec un profil d'emboîtement pour le composant 1 permettant d'obtenir son auto-maintien à l'intérieur du logement lors de son insertion. Comme cela apparaît plus précisément à la Fig. 4, le logement 10 possède un profil avantageusement conique ou trapézoïdale permettant au composant 1 d'être maintenu dans une position fixe et stable dans le support 2. Le composant 1 se trouve ainsi bloqué en position à l'intérieur du logement 10. Le composant 1 est positionné à l'aide de tous types d'outils de préhension connus en soi. Selon une caractéristique avantageuse, le composant 1 est placé dans une position correspondant pratiquement à sa position finale de fixation. Dans le cas d'un composant 1 du type CMS, le logement 10 est réalisé de manière par exemple que son corps 4 est sensiblement affleurant à la surface supérieure du support 2. Avantageusement, le logement 10 est aménagé pour délimiter des zones de raccordement 7 présentant une épaisseur de matériau inférieur à la couche de matériau réalisant le circuit conducteur d'électricité 3. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 4 notamment, chaque zone de raccordement 7 laisse subsister une interface ou un épaulement de matériau polymère thermoplastique conducteur d'électricité d'une épaisseur réduite par exemple comprise entre 20 et 50 % de l'épaisseur totale du circuit conducteur d'électricité 3. Dans l'exemple illustré, le logement 10 est réalisé pour déborder de part et d'autre du circuit conducteur d'électricité 3, mais il est clair que le logement 10 présente une forme adaptée pour permettre l'insertion du corps 4 du composant 1 dans le support 2. Le montage des composants 1 sur un support 2 découle directement de la description qui précède. Les logements 10 sont aménagés sur le support 1. de manière à permettre la réception des composants 1. Les logements 10 sont réalisés pour permettre de présenter des zones de raccordement 7 et des zones d'isolation électriques 8. Ces logements 10 sont réalisés de toute manière appropriée comme par exemple par usinage ou par moulage. Les composants 1 sont positionnés à l'intérieur des logements 1.0 (Fig. 5) par tout système de positionnement et de préhension connu en soi. Une fois que le composant 1 se trouve positionné dans son logement 10, des vibrations ultrasonores sont appliqués au composant 1. La chaleur engendrée par le frottement de l'interface entre les contacts électriques 5 du composant 1 et le circuit conducteur d'électricité 3, conduit à la fusion du polymère thermoplastique conducteur d'électricité et permet la soudure du composant 1 avec le circuit conducteur d'électricité 3. Cette soudure est obtenue sans apport de matière extérieure. Il est à noter que les vibrations ultrasonores sont appliquées grâce à une sonotrode 1.3 faisant partie d'un dispositif de soudure par ultrasons connu en soi. La sonotrode 13 présente une forme adaptée à la forme du composant 1 à souder de manière que les vibrations ultrasonores se trouvent appliquées avantageusement et principalement sur les contacts électriques 5 du composant 1. Dans l'exemple illustré aux Fig. 3 à 7, visant le soudage d'un composant 1 du type CMS, la sonotrode 13 utilisée est une sonotrode plate destinée à être en contact avec le corps 4 du composant 1. La Fig. 8 illustre un autre exemple de réalisation dans lequel les contacts électriques 5 du composant 1 s'étendent en saillie par rapport au corps 4 du composant 1. Dans ce cas, la sonotrode présente une forme en U permettant d'être en contact principalement avec les contacts électriques 5 du composant 1. Selon une caractéristique avantageuse de réalisation, les vibrations ultrasonores sont appliquées pour soumettre le composant 1 à une force d'appui maîtrisée comprise entre 1 et 3 bars. Cette force d'appui qui est relativement faible n'a pas pour but d'enfoncer le composant 1 dans le logement 10, mais de maintenir le composant en positon fixe pendant le temps de la fusion du matériau polymère thermoplastique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les vibrations ultrasonores présentent une fréquence comprise entre 20 et 50 Khz. Selon une autre variante de réalisation avantageuse du procédé conforme à l'invention, les vibrations ultrasonores sont appliquées avec une amplitude comprise entre 20 et 50 µm. Cette amplitude correspond à la distance de martèlement lors de l'opération de soudure par ultrasons. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS1 - Procédé de montage de composants électroniques ou électriques (1) munis de contacts électriques (5), sur un support (2) pour un circuit conducteur d'électricité (3) réalisé en un matériau polymère thermoplastique conducteur d'électricité caractérisé en ce qu'on : - place les contacts électriques du composant (1.) en contact avec le circuit conducteur d'électricité (3), - soumet au moins le composant (1) à des vibrations ultrasonores pour assurer le soudage des contacts (5) du composant (1) avec le circuit conducteur d'électricité. 2 - Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il consiste avant d'appliquer les vibrations ultrasonores, à prépositionner le composant (1) dans un logement (10) aménagé au moins en partie dans le circuit conducteur d'électricité (3), en plaçant les contacts électriques (5) en contact avec ledit circuit. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser le logement (10) avec un profil d'emboîtement pour le composant (1). 4 - Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser le logement (10) en laissant subsister pour chaque contact électrique (5), une interface (7) de matériau polymère séparé l'un de l'autre par une zone d'isolation électrique (8). 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé à ce qu'il consiste à appliquer les vibrations ultrasonores en soumettant le composant 25 à une force d'appui maîtrisée comprise entre 1 et 3 bars. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer les vibrations ultrasonores à une fréquence comprise entre 20 et 50 KHz. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il 30 consiste à appliquer les vibrations ultrasonores avec une amplitude comprise entre 20 et 50 µm. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à appliquer les vibrations ultrasonores à l'aide d'une sonotrode de forme adaptée à la forme du composant (1). 9 - Support (2) présentant un circuit conducteur d'électricité (3) en matériau polymère thermoplastique conducteur d'électricité et obtenue par le procédé conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un composant (1) dont les contacts électriques (5) sont fixés, sans apport de matière, au circuit conducteur d'électricité (3). - Support selon la revendication 9, caractérisée en ce que le 10 composant (1) est monté dans un logement (10) de prépositionnement. 11 - Support selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte pour chaque logement de prépositionnement (10), des interfaces (7) de matériau polymère pour chaque contact électrique du composant, séparés entre eux par une zone d'isolation électrique (8).15