Brevet FR2984073A1 — publié le 20130614

Procédé de réalisation de carte imprimée L'invention concerne le domaine des cartes imprimées, et plus précisément le mode de connexion entre les différents circuits élémentaires. Chaque circuit élémentaire métallisé constitue une portion de la carte imprimée. Classiquement, des trous métallisés traversant les circuits élémentaires sont réalisés de manière à garantir un contact électrique entre les différents circuits élémentaires. Préférentiellement, les trous sont percés uniquement entre les circuits élémentaires à connecter. Par exemple, pour lo une carte imprimée comprenant cinq circuits élémentaires, si seuls le troisième et le cinquième circuit doivent être connectés, seuls les troisième, quatrième et cinquième circuits sont perforés avant d'être empilés pour former une carte imprimée. Il est connu d'utiliser une couche intercalaire pré-imprégnée d'une 15 substance adhésive pour coller les différents circuits élémentaires métallisés entre eux. Chaque couche intercalaire doit également être perforée, en vis-à-vis des trous métallisés à relier électriquement, avec un diamètre supérieur, pour tenir compte du fluage de la substance adhésive, en d'autres termes, le diamètre des trous traversant les couches intercalaires doit tenir compte de 20 la déformation du matériau adhésif qui risque d'obstruer une partie du trou. Avec l'augmentation du nombre de connexions à réaliser, chaque couche intercalaire est perforée d'une multitude de trous très proches, ce qui rend très difficile sa manipulation et limite la densité possible de connexions. Une solution partielle a été apportée par le brevet européen EP 25 2 205 053. Ce document décrit l'élaboration d'une carte imprimée comprenant au moins deux circuits élémentaires superposés, métallisés sur leurs deux faces et au moins une couche intercalaire disposée entre lesdits circuits. La couche intercalaire comprend un matériau thermoplastique et peu sensible 30 aux éléments chimiques. Avec ce type de couche intercalaire, le risque de fluage du matériau thermoplastique est nul. Le procédé de réalisation de la carte imprimée, selon le document EP 2 205 053, peut se résumer ainsi. Une première étape consiste à perforer lesdits circuits élémentaires et la couche intercalaire en vis-à-vis afin de 35 connecter lesdits circuits entre eux. Une seconde étape consiste à tapisser l'intérieur des trous traversant les circuits élémentaires et la couche intercalaire, par une surface métallique. Une troisième étape consiste à recouvrir la lumière des trous des circuits élémentaires à connecter, par un premier métal, et la lumière des trous de la couche intercalaire, par un 40 deuxième métal. Le premier et le deuxième métal sont les constituants d'un alliage. Après empilement, une quatrième étape consiste à appliquer une pression de manière à braser les surfaces métalliques qui recouvrent les lumières des trous des circuits élémentaires avec les surfaces métalliques qui recouvrent les lumières des trous de la couche intercalaire. La brasure se fait par diffusion des métaux qui forment alors un alliage. Un des inconvénients de ce mode de réalisation, proposé par le document EP 2 205 053, est qu'il se heurte aux problèmes de tolérance mécanique. En effet, la hauteur des surfaces métallisées qui recouvrent la lumière des trous est supérieure à la hauteur du reste du circuit élémentaire. 10 Le rattrapage de ces différences de hauteur conduit à augmenter les pressions appliquées sur l'empilement. L'augmentation des pressions appliquées empêche l'utilisation de presse standard dans le domaine des cartes imprimées et la fabrication de ce type de carte à l'échelle industrielle. Un but de l'invention est de compenser les différences de hauteur, 15 sans augmenter la pression d'assemblage du dispositif. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de réalisation d'une carte imprimée comprenant au moins deux circuits élémentaires, percés de trous métallisés dont l'ouverture est recouverte d'un premier métal et au moins une première couche intercalaire, en matériau compressible 20 percée de trous en vis-à-vis des circuits élémentaires et dont l'ouverture est recouverte d'un deuxième métal, disposée entre les deux circuits élémentaires et brasée à chacun des circuits par thermo-diffusion des deux métaux formant un alliage à une température de formation de l'alliage caractérisé en ce que l'on dispose au moins deux secondes couches 25 intercalaires, thermoplastiques et de température de fusion supérieure à la température de formation de l'alliage, entre la première couche intercalaire et lesdits circuits élémentaires. L'ajout d'au moins deux secondes couches intercalaires, thermoplastiques et de température de fusion supérieure à la température de 30 formation de l'alliage par thermo-diffusion, permet de limiter les problèmes de tolérances mécaniques et de revenir à des pressions d'assemblage standards dans l'industrie des cartes imprimées. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, et illustrés par les 35 dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre un mode de mise en oeuvre d'un procédé de réalisation d'une carte imprimée selon un aspect de l'invention, - la figure 2a représente un empilement des différents éléments 40 constitutifs d'une carte imprimée, selon un aspect de l'invention, La figure 2b représente l'empilement des différents éléments constitutifs d'une carte imprimée sous presse à une température T de formation de l'alliage, selon un aspect de l'invention, et La figure 2c représente l'empilement des différents éléments constitutifs d'une carte imprimée sous presse à une température de fusion Tf du matériau des secondes couches intercalaires, selon un aspect de l'invention. La figure 1 résume succinctement le procédé de réalisation d'une carte imprimée, selon l'invention. Par exemple, une carte imprimée comprenant au moins deux circuits élémentaires, au moins une première couche intercalaire et au moins deux secondes couches intercalaires. Bien entendu, cet exemple n'est nullement limitatif. Une première étape 10 comprend le perçage de trous TCE1, TCE2, en vis-à-vis, dans des circuits élémentaires CE1, CE2 à relier. Avantageusement, les circuits élémentaires CE1, CE2 peuvent être composés de « RO 4003 » (marque déposée), par exemple, et sont recouverts, sur au moins l'une de leurs faces, d'une couche de métallisation CM, préférentiellement une couche comprenant du cuivre. Cette étape comprend également le perçage d'une première couche intercalaire disposée entre les circuits élémentaires CE1, CE2 à connecter. Les trous Tai formés sont situés en vis-à-vis des trous TCE1, TCE2 des circuits élémentaires CE1, CE2 à relier. La première couche intercalaire C11 peut être constituée de « RT Duroid 6002 » (marque déposée), par exemple, et est recouverte d'une couche de métallisation CMclia, préférentiellement une couche comprenant du cuivre. Une étape 20 comprend le recouvrement, par un composé métallique de l'intérieur des trous formés dans les circuits élémentaires CE1, CE2 et la première couche intercalaire C11. En d'autres termes, l'intérieur des trous est métallisé afin de les rendre conducteurs ce qui permet de relier électriquement les circuits élémentaires CE1, CE2. Une étape 30 comprend l'application d'un premier plot de métal A sur l'ouverture des trous TcEi, TCE2 percés à travers les circuits élémentaires CE1, CE2. Le premier métal A est constitutif d'un alliage binaire de type AxBy créer par thermo-diffusion à une température T, de formation de l'alliage. De la même façon, une étape 40 comprend l'application d'un second 40 plot de métal B sur l'ouverture des trous Tcli percés à travers les premières couches intercalaires C11. Le second métal B est constitutif d'un alliage binaire de type AxBy créé par thermo-diffusion à une température T de formation de l'alliage. Avantageusement, la composition de l'alliage comprend de l'argent et de l'étain, de l'indium et de l'étain, ou de l'or et de l'étain, ce qui permet d'obtenir une température T de formation de l'alliage formant les connexions électriques, nettement supérieure à la température de fusion d'au moins l'un des constituants de l'alliage, en l'espèce l'étain. La température de fusion dudit alliage doit être supérieure à la température de fusion de la brasure utilisée pour les connexions électriques des composants électroniques montés sur les circuits élémentaires CE1, CE2. Une étape 50 comprend l'usinage des secondes couches intercalaires C12a, C12b, en matériau thermoplastique et de température de fusion Tf supérieure à la température T de formation de l'alliage. Les secondes couches intercalaires C12a, Cl2b sont usinées afin de garantir un dégagement suffisant des plots métalliques A et B à assembler par brasure. L'épaisseur des secondes couches intercalaires Cl2a, Cl2b est légèrement inférieure, avantageusement de 20 pm, à la somme des épaisseurs des couches de métallisation CMcEi d'un des circuits élémentaires CE1, de l'une des couches de métallisation CMc12a d'une première couche intercalaire CI1 et des plots métalliques A et B. Une étape 60 comprend l'empilement des circuits élémentaires CE1, CE2, des premières couches intercalaires CI1 et des secondes couches intercalaires C12a, C12b qui permettent de limiter l'enfoncement du matériau compressible CI1 dû aux différences de hauteur des couches de métallisation. Une étape 70 comprend l'application d'une pression P, habituellement de 20 bars, à une température T de formation de l'alliage, typiquement de 235°C pour un alliage étain-argent ou or-étain. La température T appliquée permet de braser les plots métalliques par thermo-diffusion. Les métaux A et B, constitutifs des plots diffusent pour former l'alliage AxBy. La pression exercée comprime les premières couches intercalaires CI1 jusqu'à arriver en butée sur le matériau des secondes couches intercalaires C12a, Cl2b, rigide à cette température. L'utilisation d'une épaisseur des secondes couches intercalaires C12a, Cl2b inférieure de 20 pm à la somme des épaisseurs des couches de métallisation, d'un des circuits élémentaires, de l'une des deux couches de métallisation d'une première couche intercalaire et des plots métalliques A et B, permet un emboutissage de la première couche intercalaire C11, de l'ordre de 20 pm par face ce qui permet de compenser l'épaisseur de la couche de métallisation sous un plot métallique. Une étape 80 comprend le chauffage jusqu'à la température Tf de fusion du matériau des secondes couches intercalaires C12a, Cl2b, typiquement 290°C pour les polymères à cristaux liquides ou LCP, tout en maintenant la pression, typiquement de 20 bars. A cette température, le matériau des secondes couches intercalaires C12a, C12b fond et flue de manière à remplir les espaces disponibles et à coller les circuits imprimés CE1 et CE2 et la couche intercalaire C11. Les figures 2a, 2b et 2c illustrent les étapes suivantes, du procédé de réalisation d'une carte imprimée, selon l'invention : La figure 2a représente un empilement comprenant deux circuits élémentaires CE1 et CE2, de « RO 4003 » (marque déposée) par exemple, une première couche intercalaire C11, de « RT Duroid 6002 » (marque 15 déposée) par exemple, disposée entre les deux circuits élémentaires CE1 et CE2 à relier et deux secondes couches intercalaires Cl2a et C12b, de LCP par exemple, de température Tf de fusion. Les deux circuits élémentaires CE1 et CE2 sont recouverts sur au moins l'une de leurs faces, d'une couche de métallisation CMcEi et CMcE2, 20 avantageusement, une couche de cuivre. Lesdits circuits CE1 et CE2 sont perforés d'un trou TCE1 et TCE2 en vis-à-vis, permettant de connecter lesdits circuits entre eux. Les parois desdits trous TCE1 et TCE2 sont tapissées d'une couche métallique, non visible sur la figure. 25 La première couche intercalaire C11 est recouverte d'une couche de métallisation CMcma et CMclib sur ses deux faces, avantageusement, une couche comprenant du cuivre. La première couche intercalaire C11 est percée d'un trou Tai en vis-à-vis des trous TCE1 et TCE2 percés à travers les circuits élémentaires CE1 et CE2. De la même manière que lesdits trous 30 TCE1 et TCE2, les parois du trou Tai, sont tapissées d'une couche de métallisation, non visible sur les figures. Les ouvertures des trous TcEi et TCE2 situés en vis-à-vis et traversant les circuits élémentaires CE1 et CE2 sont recouvertes d'un plot constitué d'un premier métal A, et les ouvertures du trou Tai sont recouvertes d'un plot 35 constitué d'un second métal B. Les métaux A et B sont les constituants d'un alliage de type AxBy formé par thermo-diffusion à la température T. Avantageusement, la composition de l'alliage comprend de l'étain et de l'argent, de l'étain et de l'indium, ou de l'or et de l'étain. Les secondes couches intercalaires Cl2a et Cl2b sont disposées de manière à compenser les différences de hauteur des couches de métallisation et à limiter la déformation du matériau M2 compressible de la couche C11, entre les plots métalliques et le reste de la surface du circuit 5 élémentaire ou de la première couche intercalaire, afin de garantir une connexion intime de l'ensemble. L'épaisseur des secondes couches intercalaires Cl2a, par exemple, est inférieure, préférentiellement de 20 pm, à la somme des épaisseurs de l'une des deux couches de métallisation de la première couche intercalaire CMciia, de la couche de métallisation du circuit 10 élémentaire CMcEl et des plots métalliques A et B. La figure 2b représente l'empilement de la figure 2a sous une presse à température constante. La pression, typiquement 20 bars, est appliquée à la température T de formation de l'alliage, 235°C par exemple pour un alliage étain-argent ou or-étain. Les métaux A et B diffusent pour former l'alliage 15 AxBy créant, ainsi, une connexion électrique entre les trous métallisés TCE1, TCE2 et 1-cil - La pression exercée comprime la première couche intercalaire CI1 jusqu'à arrivée en butée sur le matériau des secondes couches intercalaires Cl2a et Cl2b, qui est encore rigide à la température T de formation de 20 l'alliage. Compte tenu de l'épaisseur choisie pour les secondes couches intercalaires, l'emboutissage de la première couche intercalaire présente l'avantage de compenser la différence de hauteur due à la couche de métallisation CMcEi du circuit élémentaire CE1 sous le plot de métal A. La figure 2c représente l'empilement selon la figure 2b après 25 chauffage jusqu'à la température de fusion Tf du matériau des secondes couches intercalaires Cl2a et Cl2b. A la température de fusion des secondes couches intercalaires Cl2a et Cl2b, le matériau constituant ces couches fond et flue pour remplir les espaces disponibles afin de coller les circuits CE1 et CE2 et la couche intercalaire CI1 et compenser les différences de hauteur. 30 La réalisation d'une carte imprimée, selon l'invention permet de compenser les différences de hauteur à l'intérieur des cartes imprimées et ainsi, d'utiliser des presses standards dans l'industrie des cartes imprimées pour leur fabrication. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'une carte imprimée comprenant au moins deux circuits élémentaires (CE1, CE2), percés de trous (rcEi) s métallisés dont l'ouverture est recouverte d'un premier métal et au moins une première couche intercalaire (CI1), en matériau compressible, percée de trous (Tai) en vis-à-vis des circuits élémentaires (CE1, CE2) et dont l'ouverture est recouverte d'un deuxième métal, disposée entre les deux circuits élémentaires (CEI, 10 CE2) et brasée à chacun des circuits (CE1, CE2) par thermo-diffusion des deux métaux formant un alliage à une température (T) de formation de l'alliage caractérisé en ce qu'on dispose au moins deux secondes couches intercalaires (Cl2a, C12b), thermoplastiques et de température de fusion (Tf) supérieure à la température (T) de 15 formation de l'alliage, entre la première couche intercalaire (CI1) et lesdits circuits élémentaires (CE1, CE2). 2. Procédé selon la revendication 1 comprenant les étapes suivantes : Perforation des circuits élémentaires et de la première couche intercalaire (CI1) afin de créer des trous en vis-à-vis pour connecter électriquement les circuits élémentaires (CE1, CE2), Revêtement des trous formés, au sein des circuits élémentaires (CEI, CE2) et de la première couche intercalaire (CI1), par une surface métallique, Recouvrement de l'orifice des trous formés, au sein des circuits élémentaires (CE1, CE2), par un plot constitué d'un des métaux d'un alliage binaire, - Recouvrement de l'orifice des trous formés, au sein de la première couche intercalaire (CI1), par un plot constitué du second métal de l'alliage binaire, - Usinage des secondes couches intercalaires (Cl2a, Cl2b) afin de garantir le non recouvrement des plots métalliques par lesdites secondes couches intercalaires (Cl2a, C12b), 20 25 30 35 40- Empilement des circuits élémentaires (CE1, CE2) et des couches intercalaires (CI1), (Cl2a, C12b). 3. Procédé selon la revendication 2 comprenant une étape d'application d'une pression (P) sur l'empilement à une température (T), correspondant à la température de formation de l'alliage, jusqu'à buter sur le matériau constituant les deuxièmes couches intercalaires (Cl2a, Cl2b) encore rigide à la température (T). 10 4. Procédé selon la revendication 3 comprenant une étape de chauffage de l'empilement jusqu'à une température (Tf) de fusion des secondes couches intercalaires (Cl2a, C12b). 5. Carte imprimée comprenant au moins deux circuits élémentaires 15 (CE1, CE2) percés de trous (TcEi) métallisés dont l'ouverture est recouverte d'un premier métal et au moins une première couche intercalaire (CI1), en matériau compressible, percée de trous (Tcii) en vis-à-vis des circuits élémentaires (CEI, CE2) et dont l'ouverture est recouverte d'un deuxième métal, disposée entre les deux circuits 20 élémentaires (CE1, CE2) et brasée à chacun des circuits (CEI, CE2) par thermo-diffusion des deux métaux formant un alliage à une température (T) de formation de l'alliage caractérisé en ce que on dispose au moins deux secondes couches intercalaires (Cl2a, C12b), thermoplastiques et de température de fusion (Tf) supérieure à la 25 température (T) de formation de l'alliage, entre la première couche intercalaire (CI1) et lesdits circuits élémentaires (CEI, CE2).