Brevet FR2987495A1 — publié le 20130830

Canaux de circulation d'un fluide dans une carte imprimée à structure multicouche L'invention concerne le domaine des cartes imprimées, et notamment l'évacuation de la chaleur dissipée par les composants électroniques. Aujourd'hui, le refroidissement d'un composant dissipant de l'énergie thermique se fait généralement soit par le haut du composant en associant un radiateur et/ou un dispositif d'évacuation de l'énergie thermique dissipée soit à travers un circuit d'interconnexions. Le document FR 1004934 est une demande de brevet français. Il décrit un système de refroidissement d'un équipement électronique comprenant un compartiment électronique formé d'un boîtier et au moins une carte électronique. La carte est destinée à être assemblée de façon démontable dans le boîtier par translation le long d'une rainure pour atteindre une position de fonctionnement, l'assemblage de la carte se faisant par une face d'insertion du boîtier. Selon ce document, l'équipement comprend un drain thermique de forme longiligne disposé le long de la rainure, permettant de prélever de la chaleur émise par les composants, et des moyens d'extraction de la chaleur prélevée par le drain thermique, les moyens d'extraction étant situés à l'extérieur du compartiment électronique. Un inconvénient du mode de réalisation proposé par le document FR1004934 est que les drains sont des conducteurs thermiques mais également des conducteurs électriques ce qui nécessite des procédés spéciaux pour éviter les courts-circuits dans les cartes imprimées, et diminue les capacités de connexions des cartes. Un but de l'invention est d'élaborer des cartes imprimées comprenant des conduits de circulation de fluide au plus près des composants sans diminuer les capacités d'interconnexions. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de réalisation 30 d'une carte imprimée à structure multicouche comprenant au moins un canal pour une circulation d'un fluide. Le procédé comprend les étapes dans lesquelles : on assemble une plaque métallique et une première couche comprenant un premier matériau diélectrique pour former un premier sous-ensemble et on recouvre la face libre de la première couche par une couche de métallisation, on usine la première couche afin de créer au moins un canal, on recouvre la face usinée de la première couche du premier sous-ensemble par un premier métal, constitutif d'un premier alliage binaire, - on recouvre une face d'une seconde couche métallisée, et comprenant un deuxième matériau diélectrique, par un deuxième métal, constitutif du premier alliage binaire, on empile le premier sous-ensemble et la deuxième couche en mettant en contact le premier et le deuxième métal constitutif du premier alliage, on brase le premier sous-ensemble et la deuxième couche pour former un deuxième sous-ensemble par thermodiffusion du premier métal et du deuxième métal. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, et illustrés par les 20 dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente les étapes du procédé de réalisation de canaux hermétiques, selon un aspect de l'invention, - la figure 2a représente une coupe transverse, après une première étape d'élaboration, d'une carte imprimée à structure 25 multicouche comprenant un canal hermétique à proximité d'une ligne à air de transmission, selon un aspect de l'invention, - la figure 2b représente une coupe transverse, après une deuxième étape d'élaboration, d'une carte imprimée à structure multicouche comprenant un canal hermétique à proximité d'une 30 ligne à air de transmission, selon un aspect de l'invention, et la figure 2c représente une coupe transverse, après une troisième étape d'élaboration, d'une carte imprimée à structure multicouche comprenant un canal hermétique à proximité d'une ligne à air de transmission, selon un aspect de l'invention. La figure 1 illustre le procédé de réalisation de l'invention, selon un aspect de l'invention. Une étape 10 comprend un assemblage d'une plaque métallique PM et d'une première couche CM1, comprenant un premier matériau diélectrique M1 pour former un premier sous-ensemble SE1a. La plaque métallique PM comprend préférentiellement une plaque de cuivre, typiquement d'une épaisseur de 500 pm. La première couche CM1 peut, par exemple, comprendre du « RO 4003 » (marque déposée). L'assemblage peut être réalisé par collage à partir d'un film de collage Fcol ou par toute autre méthode permettant l'assemblage d'une couche métallique et d'un matériau diélectrique. Une étape 20 comprend un usinage de la première couche CM1 du 15 premier sous-ensemble SE1a afin de former des canaux CH. Les canaux CH peuvent être usinés à proximité ou sous des composants électroniques à refroidir. L'usinage peut être réalisé, soit mécaniquement soit par rayonnement laser ou encore en combinant les deux, jusqu'à la profondeur souhaitée. 20 Une étape 30 comprend le dépôt d'une couche d'un premier métal A, constitutif d'un premier alliage AxBy, sur la face usinée de la première couche CM1 du premier sous-ensemble SE1a. Les parois des canaux CH sont recouvertes par le premier métal A, rendant les parois du canal CH hermétiques. Eventuellement, les parois des 25 cavités peuvent être recouvertes d'un métal différent du premier métal A. Une étape 40 comprend le dépôt d'une couche d'un deuxième métal B, constitutif du premier alliage AxBy, sur une face d'une deuxième couche CM2 comprenant un matériau M2 diélectrique. La couche CM2 peut être composée de « Kapton » (marque déposée) ou de polymères à cristaux 30 liquides (LCP), l'épaisseur de la deuxième couche CM2 est typiquement de 50 pm. Avantageusement, le premier et deuxième métal A et B du premier l'alliage AxBy comprennent de l'argent et de l'étain, de l'indium et de l'étain ou de l'or et de l'étain. Ce type d'alliage se forme par thermodiffusion à une température T, typiquement de 235°C, nettement supérieure à la température de fusion des éléments constitutifs de l'alliage. Une étape 50 comprend l'empilement d'un premier sous-ensemble 5 SE1a et de la deuxième couche CM2. Le premier métal A et le deuxième métal B étant mis en contact. Une étape 60 comprend une brasure, par thermodiffusion, par chauffage de l'empilement jusqu'à la température T sous une presse. La figure 2a représente une coupe transverse d'une carte imprimée 10 comprenant un canal hermétique CH à proximité d'une cavité CL destinée à contenir un composant électronique L après la première étape. Une plaque métallique PM est assemblée à une première couche CM1 métallisée, par exemple au moyen d'une couche de cuivre Cm, comprenant un matériau M1 diélectrique pour former un sous-ensemble 15 SE1a. Avantageusement, le matériau M1 peut être du « RO 4003 ». La plaque PM est préférentiellement du cuivre d'une épaisseur de 500 pm. L'assemblage de la plaque métallique PM et de la première couche CM1 peut être réalisé par collage à partir d'un film de collage Fcol ou par tout 20 autre moyen permettant d'assembler une couche comprenant un matériau diélectrique et une plaque métallique PM. La face métallisée de la première couche CM1 est usinée afin de créer un canal CH de manière mécanique ou par rayonnement laser. Souvent, l'usinage utilise les deux méthodes. 25 Le canal CH peut être usiné à proximité d'une cavité CL destinée à contenir un composant électronique L à refroidir, selon l'exemple choisi mais nullement limitatif. La face métallisée et usinée de la première couche CM1 est recouverte du premier métal A, constitutif du premier alliage AxBy. 30 Les parois du canal sont recouvertes de ce même premier métal A ce qui permet de les rendre hermétiques. Toutefois, il est possible de recouvrir les parois du canal CH formées d'un autre métal. Dans une variante de l'invention, les parois du canal ne sont pas recouvertes d'une couche métallique. Le canal CH sert alors à l'insertion d'un conduit. La figure 2b représente une coupe transverse de la carte imprimée 5 comprenant un canal hermétique CH et composant électronique L après une deuxième étape d'élaboration. Une deuxième couche CM2 métallisée comprenant un matériau M2 diélectrique et supportant un composant électronique L est recouverte du deuxième métal B, constitutif du premier alliage AxBy. 10 Préférentiellement, la deuxième couche CM2 peut être composée de « Kapton » (marque déposée) ou de polymères à cristaux liquides. Typiquement, l'épaisseur de la seconde couche CM2 est de 50 pm. Le premier sous-ensemble SE1 a et la deuxième couche CM2 sont empilés de manière à mettre en contact le premier et le deuxième métal A et 15 B du premier alliage AxBy. Le sous-ensemble SE1 a est brasé à la deuxième couche CM2, pour former un deuxième sous-ensemble SE2, par chauffage sous presse de l'ensemble jusqu'à une température T de formation de l'alliage. Avantageusement, le premier et le deuxième métal A et B du premier 20 alliage AxBy comprennent de l'argent et de l'étain, de l'indium et de l'étain ou de l'or et de l'étain. Ce type d'alliage se forme par thermodiffusion à une température T, typiquement de 235°C, nettement supérieure à la température de fusion des éléments constitutifs de l'alliage. La figure 2c représente une coupe transverse de la carte imprimée 25 comprenant un canal hermétique CH à proximité du composant électronique L après une troisième étape d'élaboration. La deuxième couche CM2 est usinée en vis-à-vis du canal formé dans le sous-ensemble SEla. Les faces de la deuxième couche CM2, apparues suite à l'usinage de 30 la deuxième couche CM2, sont métallisées afin de garantir l'herméticité du canal CH. La deuxième couche CM2 du deuxième sous-ensemble SE2 est recouverte d'une couche d'un troisième métal C, constitutif d'un deuxième alliage CiDj. Un deuxième premier sous-ensemble SE1b recouvert d'une couche d'un quatrième métal D, constitutif du deuxième alliage CiDj, et le deuxième sous-ensemble SE2 sont brasés, par chauffage sous presse de l'ensemble jusqu'à une température T de formation du deuxième alliage CiDj. Avantageusement, le troisième et le quatrième métal C et D du deuxième alliage CiDj comprennent de l'argent et de l'étain, de l'indium et de l'étain ou de l'or et de l'étain. Ce type d'alliage se forme par thermodiffusion à une température T, typiquement de 235°C, nettement supérieure à la température de fusion des éléments constitutifs de l'alliage. Une carte imprimée réalisée selon cet aspect de l'invention comprend un canal hermétique de circulation de fluide caloporteur, par exemple, au plus près d'un composant électronique L à refroidir ce qui ne limite pas les capacités d'interconnexions de la carte imprimée. Les composants à refroidir sont brasés ou collés sur l'une des couches CM1 ou CM2. La carte imprimée selon un aspect de l'invention permet une circulation d'air, par exemple, sous le composant électronique à refroidir et une circulation d'un fluide liquide à côté du composant électronique à refroidir. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une carte imprimée à structure multicouche comprenant au moins un canal pour une circulation d'un fluide caractérisé en qu'il comprend les étapes suivantes : on assemble une plaque métallique (PM) et une première couche (CM1) comprenant un premier matériau (M1) diélectrique pour former un premier sous ensemble (SE1a) et on recouvre la face libre de la première couche (CM1) par une 10 couche de métallisation (Cm), on usine la première couche (CM1) afin de créer au moins un canal (CH), on recouvre la face usinée de la première couche (CM1) du premier sous-ensemble (SE1a) par un premier métal (A), 15 constitutif d'un premier alliage binaire (AxBy), on recouvre une face d'une seconde couche (CM2) métallisée, comprenant un deuxième matériau (M2) diélectrique, par un deuxième métal (B), constitutif du premier alliage binaire (AxBy), 20 on empile le premier sous-ensemble (SE1a) et la deuxième couche (CM2) en mettant en contact le premier et le deuxième métal (A, B) constitutif du premier alliage binaire (AxBy), on brase le premier sous-ensemble (SE1a) et la deuxième couche (CM2) pour former un deuxième sous-ensemble (SE2) 25 par thermodiffusion du premier métal (A) et du deuxième métal (B), 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes suivantes : on usine la deuxième couche (CM2) du deuxième sous- 30 ensemble (SE2) en vis-à-vis des canaux formés par l'usinage de la première couche (CM1) du premier sous-ensemble (SE1a),- on métallise les faces apparues après l'usinage de la deuxième couche (CM2) du deuxième sous-ensemble (SE2). 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, les étapes suivantes : on recouvre une première couche (CM1) d'un deuxième premier sous-ensemble (SE1b) d'un troisième métal (C), constitutif d'un deuxième alliage binaire (CiDj), on recouvre l'autre face de la deuxième couche (CM2) du second sous-ensemble (SE2) d'un quatrième métal (D), constitutif d'un deuxième alliage binaire (CiDj), on empile le deuxième sous-ensemble (SE2) et le deuxième premier sous-ensemble (SE1b) en mettant en contact le troisième métal (C) et le quatrième métal (D), on brase le deuxième sous-ensemble (SE2) et le deuxième 15 premier sous-ensemble (SE1b), par thermodiffusion du troisième métal (C) et du quatrième métal (D). 4. Procédé selon larevendication 3 dans lequel le troisième métal (C) comprend le premier métal (A). 5. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le quatrième métal (D) 20 comprend le second métal (B).