Brevet FR2963533A1 — publié le 20120203

La présente invention concerne le domaine des circuits imprimés. Dans le cadre de la présente invention l'expression « circuit imprimé » doit être comprise dans un sens large englobant tout support, carte électronique, circuit hybride, etc ..., quelle que soit sa nature, par exemple mais non limitativement résine époxy, fibres de verre, céramique, etc ..., muni de pistes électriquement conductrices propres à assurer une liaison électrique entre des composants, y compris les circuits imprimés flexibles. Plus précisément la présente invention concerne le problème de la fixation mécanique de certains composants sur circuits imprimés. L'homme de l'art sait qu'il est nécessaire de fixer mécaniquement certains composants sur circuit imprimé, notamment par exemple lorsque ces composants ont une masse importante, ou encore pour garantir leur fixation quand les circuits imprimés sont soumis à de fortes vibrations. Une solution connue de l'état de la technique consiste à coller les composants sur la carte de circuit imprimé à l'aide d'une colle liquide. La mise en oeuvre de cette technique ne donne cependant pas totalement satisfaction. Elle nécessite une mise en oeuvre spécifique avec des moyens spécifiques (personnel et/ou équipement). Dans ce contexte la présente invention a pour objectif de proposer de nouveaux moyens qui permettent de perfectionner l'état de la technique en termes de coût et de simplicité de mise en oeuvre, sans détériorer la fiabilité finale du produit. L'objectif précité est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé de fabrication de cartes de circuit imprimé comprenant les étapes qui consistent à : . fournir un circuit imprimé et au moins un composant et . fixer mécaniquement par collage le composant sur le circuit imprimé, caractérisé par le fait que l'étape de fixation mécanique consiste à . fournir une pastille de colle solide, . ménager sur le circuit imprimé un moyen de maintien provisoire de ladite pastille de colle solide, adjacent à l'emplacement du composant à fixer mécaniquement par collage, . positionner la pastille de colle solide sur le moyen de maintien 5 provisoire, et . fondre et durcir la pastille de colle solide en contact avec le circuit imprimé et le composant afin de fixer mécaniquement le composant sur le circuit imprimé, lors d'une étape de brasure du composant. Dans le cadre de la présente invention le terme « pastille » doit 10 être compris dans un sens général englobant toute masse ou élément individuel de colle solide, quelle que soit sa géométrie. En particulier dans le cadre de la présente invention, le terme « pastille » n'est pas limité à un élément de forme cylindrique, mais englobe également un élément de contour parallélépipédique. 15 L'étape de durcissement est avantageusement une étape de polymérisation. L'homme de l'art comprendra que la présente invention permet de simplifier notablement le processus de fabrication des cartes de circuit imprimé par rapport à l'état de la technique dans la mesure où 20 elle permet d'éliminer complètement les étapes manuelles de dépôt de colle liquide ou encore la nécessité d'équipements complexe propres au dépôt d'une telle colle liquide. Dans le cadre de la présente invention, la pastille de colle solide peut en effet être déposée à l'aide d'un équipement classique adapté 25 pour le dépôt de composants, par exemple un équipement de dépôt de composants de type CMS (Composant Monté en Surface) grâce à un conditionnement des pastilles de colle solide adapté à ces équipements. La présente invention concerne bien entendu également les cartes de circuit imprimé obtenues par la mise en oeuvre du procédé 30 précité. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : . les figures la, lb et 1c représentent trois étapes principales d'un procédé conforme à un premier mode de mise en oeuvre de la présente 5 invention, . les figures 2a, 2b et 2c représentent trois étapes principales d'un procédé conforme à un deuxième mode de mise en oeuvre de la présente invention, . les figures 3a, 3b, 3c, 3d et 3e représentent cinq étapes principales 10 d'un procédé conforme à un troisième mode de mise en oeuvre de la présente invention, et . la figure 4 représente une alternative du troisième mode de mise en oeuvre précité conforme à la présente invention. Sur les figures annexées on a représenté en 10 une plaque de 15 circuit imprimé, en 20 une couche de cuivre, en 30 une couche de vernis de protection, en 40 des zones de pâte à braser, en 50 des composants que l'on souhaite fixer mécaniquement par collage sur la plaque 10 et en 60 des pastilles de colle solide utilisées conformément à la présente invention. 20 On notera que les dessins annexés sont donnés à titre purement illustratif, les dimensions représentées ne respectant pas les échelles respectives réelles. La plaque de circuit imprimé 10 peut être formée en tout matériau approprié, par exemple et non limitativement à partir de résine 25 époxy ou de fibre de verre, et selon toute technique appropriée. La couche de cuivre 20 peut revêtir un seul côté ou les deux côtés de la plaque 10. Elle est gravée selon tout procédé chimique approprié pour obtenir un ensemble de pistes adaptées pour la connexion des différents composants électroniques déposés sur la 30 plaque 10 permettant d'obtenir le circuit électronique recherché. La couche de vernis 30 est destinée à protéger les pistes de cuivre de l'oxydation et d'éventuels courts-circuits. La liaison électriques entre les composants 50 et les pistes associées de la couche de cuivre 20 est assurée de façon connue en soi grâce à de la pâte à braser 40 ou tout matériau équivalent. Il peut s'agir d'une technique de brasage par refusion consistant à enduire la plaque 10 d'une pâte à braser à travers un pochoir approprié aux emplacements des terminaisons des composants, à déposer les composants, puis à passer le circuit dans un four où la chaleur fait fondre la pâte déposée pour former une brasure assurant une liaison électrique entre les terminaisons des composants et les pistes en cuivre 20. En variante il peut s'agir de toute technique équivalente à celle du brasage par refusion précitée. La technique générale de réalisation de cartes de circuit imprimé à l'aide des moyens qui viennent d'être décrit est connue en soi et ne 15 sera donc pas décrite plus en détail par la suite. Dans le cadre de la présente invention, comme indiqué précédemment, il est prévu une étape de fixation mécanique de certains au moins des composants 50 qui met en oeuvre une pastille de colle solide 60. 20 La pastille de colle 60 est fondue, de sorte qu'elle vient mouiller le composant 50, et est polymérisée en contact avec le circuit imprimé 10 et le composant 50 afin de fixer mécaniquement le composant 50 sur le circuit imprimé 10, lors de l'étape classique de brasure du composant 50. 25 Plus précisément dans le cadre de la présente invention, comme indiqué précédemment, il est prévu avant de positionner la pastille de colle solide 60 sur la plaque 10 en position adjacente à l'emplacement du composant que l'on souhaite fixer mécaniquement par collage, de ménager sur le circuit imprimé 10 un moyen 100 de maintien provisoire 30 de ladite pastille de colle solide 60. La demanderesse a en effet déterminé qu'un tel moyen de maintien provisoire 100 est essentiel pour maintenir la pastille de colle solide 60 au contact du composant avant de procéder à l'étape de fusion et polymérisation de cette pastille 60. Sans un tel moyen de maintien provisoire 100, il existe un risque important de déplacement de ladite pastille de sorte que au final le composant n'est pas correctement fixé mécaniquement. Le moyen de maintien provisoire 100 peut faire l'objet de différents modes de réalisation. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures la à 1c, le moyen de maintien provisoire 100 est formé d'un volume de pâte à braser 110 déposé sur un élément de cuivre 22 dépourvu de vernis 30, avant de recevoir la pastille de colle solide 60. L'élément de cuivre 22 étant dépourvu de vernis 30, il possède une épaisseur inférieure à celle des pistes de cuivre environnantes revêtues et forme ainsi une cuvette propre à maintenir la pastille de colle solide 60. Une telle cuvette destinée à maintenir la pastille de colle solide 60 peut d'ailleurs être commune à plusieurs composants 50. La cuvette précitée peut également être formée par d'autres moyens que ceux illustrés sur les dessins annexés, par exemple en déposant directement la pâte à braser 110 et la pastille de colle solide 60 sur le support 10, sans couche de cuivre 22 sous-jacente. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 2a à 2c, le moyen de maintien provisoire 100 reprend un volume de pâte à braser 110 déposé sur un élément 22 de cuivre et destiné à recevoir une pastille de colle solide 60. Cependant selon les figures 2a à 2c, ce moyen de maintien provisoire est complété par le fait le composant 50 déborde de la piste de cuivre sous jacente 20 de sorte qu'il est formé sous le bord du composant 50 un espace ou canal libre 52 propre à recevoir la matière de colle 60 dès qu'un ramollissement suffisant est obtenu. La variante de mise en oeuvre illustrée sur les figures 3a à 3e est adaptée au cas d'un processus de fabrication de carte de circuit imprimé comprenant deux étapes de brasage par refusion et retournement de la plaque de circuit imprimé entre ces deux étapes. Dans ce cas le moyen de maintien provisoire 100 est formé d'un orifice 130 traversant la plaquette 10 en regard ou à proximité du composant 50. Les étapes illustrées sur les figures 3a à 3c sont classiques en soi pour la brasure d'un composant 50 sur des pistes 20 appropriées, 5 par brasure par refusion ou encore brasure à la vague. La carte est ensuite retournée comme on le voit à l'examen comparé des figures 3c et 3d. Puis une pastille de colle solide 60 est déposée dans l'orifice 130 ménagée préalablement en regard du composant 50. Lors d'une étape ultérieure de refusion, la pastille 60 est 10 fondue. Elle adhère alors au composant 50 et durcit ou polymérise à son contact en assurant une fixation mécanique par collage entre le composant 50 et la carte 10. On a représenté sur la figure 4 une variante selon laquelle l'orifice 130 destiné à recevoir la pastille de colle solide 60 possède une 15 chambre évasée 132 au contact du composant 50. La présence de cette chambre évasée 132 permet d'améliorer d'une part le maintien et le confinement de la matière composant la pastille de colle 60 lors de la fusion de celle-ci et d'autre part la surface d'adhésion entre cette colle et le composant 50. 20 La demanderesse a déterminé qu'un matériau de colle solide particulièrement approprié pour la mise en oeuvre de la présente invention est une colle solide époxy, telle que la colle commercialisée par la société Multi Seal Inc, par exemple sous les références EPDXY DC-202, EPDXY DC-203 et EPDXY DC-204, notamment sous la référence 25 EPDXY DC-203. Une telle colle solide était jusqu'ici limitée dans son utilisation à l'étanchéité de composants. De façon a priori surprenante la demanderesse a cependant déterminé que cette colle peut supporter sans difficulté les températures 30 de refusion de brasure pour composants électroniques et qu'elle convient parfaitement pour une fixation mécanique de composants électroniques. Elle présente par ailleurs l'avantage de polymériser à une température inférieure à celle de fusion de la brasure de sorte qu'elle permet d'assurer, grâce à sa polymérisation, la fixation mécanique des composants 50 avant que la brasure ne soit effective. Dans le cadre de la présente invention les pastilles de colle solide 60 sont de préférence déposée par une machine de dépôt automatique de composants, telle qu'une machine de dépôt de composants CMS. En variante les pastilles de colle solide 60 peuvent être déposées manuellement. Dans le cadre de la présente invention, les composants 50 fixés mécaniquement par collage sont de préférence des composants électroniques. Cependant en variante, il peut s'agir de composants mécaniques. Bien entendu la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui viennent d'être décrits, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication de cartes de circuit imprimé comprenant les étapes qui consistent à : . fournir un circuit imprimé (10, 20, 30) et au moins un composant (50) et . fixer mécaniquement par collage le composant (50) sur le circuit imprimé (10, 20, 30), caractérisé par le fait que l'étape de fixation mécanique consiste à 10 . fournir une pastille de colle solide (60), . ménager sur le circuit imprimé un moyen (100) de maintien provisoire de ladite pastille de colle solide (60), adjacent à l'emplacement du composant (50) à fixer mécaniquement par collage, . positionner la pastille de colle solide (60) sur le moyen de maintien 15 provisoire (100), et . fondre et durcir la pastille de colle solide (60) en contact avec le circuit imprimé (10) et le composant (50) afin de fixer mécaniquement le composant (50) sur le circuit imprimé (10), lors d'une étape de brasure du composant (50). 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la pastille de colle solide (60) est une colle solide époxy. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la pastille de colle solide (60) est une colle solide époxy dont la température de polymérisation est inférieure à la température de 25 brasure. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la pastille de colle solide (60) est une colle solide époxy commercialisée par la société Multi Seal Inc, en particulier sous les références EPDXY DC-202, EPDXY DC-203 et EPDXY DC-204. 30 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le moyen de maintien provisoire (100) comprend un volume de pâte à braser (110). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le moyen de maintien provisoire (100) comprend une cuvette propre à maintenir la pastille de colle solide (60). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le moyen de maintien provisoire (100) comprend également un espace ou canal libre (52) sous le bord du composant (50), formé par débordement du composant (50) vis-à-vis de la piste de cuivre sous jacente (20). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le moyen de maintien provisoire (100) comprend un orifice (130) traversant la plaquette (10) en regard ou à proximité du composant (50) et propre à recevoir la pastille de colle solide (60). 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'orifice (130) destiné à recevoir la pastille de colle solide (60) possède une chambre évasée (132) au contact du composant (50). 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la pastille de colle solide (60) est déposée par une machine de dépôt automatique de composants, telle qu'une machine de dépôt de composants CMS. 11. Carte de circuit imprimé obtenue par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un composant (50) fixé mécaniquement par polymérisation d'une pastille de colle solide (60).