Brevet FR3032326A1 — publié le 20160805

DP-321886 DISPOSITIF ELECTRONIQUE ET CARTE DE CIRCUIT IMPRIME EQUIPANT UN TEL DISPOSITIF DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif électronique et plus particulièrement une carte de circuit imprimé équipée de composants électroniques. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les dispositifs électroniques embarqués dans l'automobile comprennent généralement un boitier, un ou plusieurs connecteurs, une ou plusieurs cartes de circuit imprimé comprenant une grande diversité de composants. Les composants peuvent être des composants passifs comme des résistances, des condensateurs et des inductances. Les composants peuvent être des composants actifs en semiconducteurs tels que des transistors. Les composants peuvent également être des circuits intégrés tels que des circuits logiques, des microcontrôleurs et des circuits de mémoire. Au fil des années, les terminaisons électriques des composants électroniques ont évoluées. Les terminaisons électriques de type broches traversant la carte de circuit imprimé ont cédé leur place aux terminaisons électriques non traversant de types broches montées en surface de la carte de circuit imprimée. Les circuits intégrés d'aujourd'hui, notamment les microcontrôleurs ou les circuits logiques programmables embarqués dans les calculateurs automobiles sont de plus en plus performants. Le nombre de broches des microcontrôleurs placées sur le pourtour de leur boitier à tendance à augmenter, rendant la taille du microcontrôleur de plus en plus importante. On peut dénombrer aujourd'hui des microcontrôleurs à plus de 100 broches. Afin de réduire l'encombrement de ces circuits intégrés, il est apparu des circuits intégrés dont les terminaisons électriques soudées sur la carte de circuit imprimé sont des matrices de billes de soudure communément appelées par leur acronyme anglo-saxons BGA (Ball Grid Array), disposées sur la surface du boîtier du composant électronique en regard de la carte de circuit imprimé sur laquelle elles sont soudées. Dans le domaine de l'automobile les composants BGA ont d'abords été utilisés pour des applications pour lesquelles les boîtiers des dispositifs électroniques étaient en métal. Il s'agissait notamment de calculateurs très puissants tels que des calculateurs de système d'injection de carburant, utilisant des microcontrôleurs à forte densité de terminaisons électriques. Les contraintes d'émissivité électromagnétique de ces dispositifs, imposaient un boîtier métallique agissant comme cage de Faraday afin de rendre conforme le dispositif aux normes d'émissivité du domaine automobile. Les dispositifs électroniques de puissance, également embarqués dans l'automobile, comprennent également sur leur carte de circuit imprimés des composants électronique de type BGA. Le boîtier du dispositif est également généralement en métal afin d'aider à dissiper la chaleur produite par le dispositif lors de son fonctionnement. Actuellement, les composants électroniques de type BGA se sont généralisés dans l'ensemble des dispositifs électroniques embarqués dans l'automobile. Des problèmes qui, dans le cas de dispositifs électroniques comprenant un boîtier métallique, n'étaient jusqu'alors pas apparus, se sont déclarés au fil du temps. Bien que réduisant la taille des circuits intégrés, les boîtiers de circuit intégrés de type BGA souffrent de leur fragilité au niveau des soudures de leur matrice de billes soudée sur les cartes de circuit imprimée. Les billes de ces matrices sont susceptibles d'arrachement intempestif de la carte de circuit imprimé lorsque des contraintes de stress mécanique sont appliquées sur la carte de circuit imprimée. Il est apparu que lors du roulage de véhicules, des vibrations du châssis du véhicule se répercutent sur les boîtiers des dispositifs électroniques. Lorsque ces boîtiers sont réalisés dans un matériau souple comme par exemple de type plastique, ces vibrations se répercutent sur la carte de circuit imprimé comprenant des composants électroniques de type BGA. Ces vibrations génèrent un stress mécanique sur la carte de circuit imprimé provoquant une faiblesse ou un arrachement des terminaisons électriques des composants électroniques de type BGA de leur plage d'accueil sur laquelle elles sont soudées. Il est donc important de proposer une solution nouvelle résolvant ces problèmes. RE SUME DE L'INVENTION Selon l'invention, une carte de circuit imprimé comporte au moins une plage d'accueil d'un composant électronique pourvu d'une matrice de billes de soudure. La plage d'accueil est de forme globalement rectangulaire. La carte de circuit imprimé comprend au moins un évidement en forme de L, l'évidement étant agencé au voisinage d'un angle de la plage d'accueil, les deux branches du L formé par l'évidement s'étendant sensiblement parallèlement aux bords de la plage d'accueil de chaque côté de l'angle associé, de manière à protéger la plage d'accueil lorsque la carte de circuit imprimé est soumise à des vibrations. L'évidement peut être traversant. La carte de circuit imprimé peut comporter un évidement au voisinage de chaque angle de la plage d'accueil. Les bords d'extrémité libre de chaque évidement peuvent être arrondis. Chaque évidement peut être agencé à une distance déterminée de la plage d'accueil qui est sensiblement constante le long des bords associés de la plage d'accueil et qui est sensiblement égale à la largeur de l'évidement, la largeur de l'évidement étant mesurée selon une direction orthogonale au bord associé de la plage d'accueil. Egalement selon l'invention, un dispositif électronique pour véhicule automobile peut comporter une carte de circuit imprimé décrite ci-dessus et comportant un composant électronique pourvu d'une matrice de billes de soudure qui est soudé sur la plage d'accueil. Selon l'invention, une méthode de réalisation d'une carte de circuit imprimé comprend l'étape de réalisation d'au moins une plage d'accueil de forme globalement rectangulaire en vue de recevoir un composant électronique pourvu d'une matrice de billes de soudure. La méthode comprend de plus une étape de perçage d'au moins un évidement en forme de L, l'évidement étant agencé au voisinage d'un angle de la plage d'accueil, les deux branches du L formé par l'évidement s'étendant sensiblement parallèlement aux bords de la plage d'accueil de chaque côté de l'angle associé, de manière à protéger la plage d'accueil lorsque la carte de circuit imprimé est soumise à des vibrations. De préférence, une méthode de réalisation d'un dispositif électronique pour véhicule automobile comprend les étapes de : - fournir une carte de circuit imprimé, - réaliser au moins une plage d'accueil de forme globalement rectangulaire en vue de recevoir un composant électronique pourvu d'une matrice de billes de soudure, - souder la matrice de billes du composant électronique sur la plage d'accueil, - percer au moins un évidement en forme de L, l'évidement étant agencé au voisinage d'un angle de la plage d'accueil, les deux branches du L formé par l'évidement s'étendant sensiblement parallèlement aux bords de la plage d'accueil de chaque côté de l'angle associé, de manière à protéger la plage d'accueil lorsque la carte de circuit imprimé est soumise à des vibrations. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels: - La figure 1 est une vue schématique en perspective avec arrachement qui représente un dispositif électronique selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; - La figure 2 est une vue schématique en perspective qui représente un composant BGA ; - La figure 3 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui représente la carte de circuit imprimé du dispositif électronique ; - La figure 4 est une vue partielle agrandie d'une zone d'évidement de la carte de circuit imprimé de la figure 3 ; - La figure 5 est une vue schématique en coupe transversale 5-5 qui illustre la propagation de vibrations dans le dispositif de la figure 1. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES La figure 1 représente un dispositif électronique 10 prévu pour être monté dans un véhicule. Le dispositif comprend notamment un boîtier 12 équipé d'un connecteur 14 et de moyens de fixation 70 pour le montage dans le véhicule. Le dispositif électronique 10 comprend également une carte de circuit imprimé 18 communément appelée selon l'acronyme anglo-saxon PCB (Printed Circuit Board). Un premier composant électronique 20 et un deuxième composant électronique 22, visibles sur la figure 1, et le connecteur 14 sont montés soudés sur la carte de circuit imprimé 18. Le boîtier 12 est en matière plastique. Le connecteur 14 est équipé de languettes 16 de contact permettant ainsi au dispositif électronique 10 de s'intégrer dans un système électronique de véhicule. La carte de circuit imprimé 18 est logée dans le boîtier 12 et est maintenue dans le boîtier 14 par des plots de maintien 58, 60, généralement venus de matière avec le boîtier 14 (figure 5), insérés dans des trous 72, 74, généralement circulaires, de la carte de circuit imprimée 18. Les composants électroniques 20, 22 et le connecteur 14 sont reliés électriquement entre eux par des pistes conductrices 24, généralement en cuivre, de la carte de circuit imprimé 18. Le premier composant électronique 20 est de type circuit intégré de forme parallélépipédique. Selon la figure 2, le boîtier 34 du premier composant électronique 20 est équipé d'une matrice de billes de soudure 40 communément appelé selon le terme anglo-saxon Ball Grid Array (BGA). Le premier composant 20 sera désigné par la suite composant BGA 20. Le composant BGA 20 de forme parallélépipédique comprend une face supérieure 38 et une face inférieure 36. Il est à noter que, pour des raisons de clarté, la figure 2 représente le composant BGA 20 avec la face inférieure 36 visible. La matrice de billes de soudure est agencée sur la face inférieure 36 de manière à permettre le montage du composant BGA 20 sur la carte de circuit imprimé 18 par soudure. La carte de circuit imprimé 18 comporte quatre évidements 26, 28, 30, 32 qui sont disposés autour du premier composant BGA 20. Les quatre évidements 26, 28, 30, 32 sont agencés respectivement au voisinage des quatre coins du composant BGA 20. Les quatre évidements 26 ont chacun une forme de L dont les branches s'étendent sensiblement parallèlement aux côtés du composant BGA 20. Le composant BGA 20 présente l'avantage d'avoir un encombrement réduit au regard du nombre de broches de connexion qu'il possède. Les broches de connexion du composant BGA 20 sont la matrice de billes 40 de soudure. A titre d'exemple, un circuit intégré BGA de type microcontrôleur de 176 terminaisons électriques aura une surface d'occupation sur la carte de circuit imprimé deux fois plus faible qu'un circuit intégré de type microcontrôleur de 176 terminaisons électriques de type broches de connexion localisées sur la périphérie du boîtier du circuit intégré. Des vibrations peuvent se produire lors du roulage d'un véhicule équipé du dispositif électronique 12. Les vibrations du véhicule sont principalement transmises aux moyens de fixation 70 du boîtier 14. La carte de circuit imprimé 18 étant monté dans le boîtier 14 sur des pions de maintien 58, 60, les vibrations sont donc transmises à la carte de circuit imprimé 18. Suite à des tests effectués par le déposant, il a été constaté que les vibrations sont notamment transmises depuis les trous de maintien 72, 74 de la carte de circuit imprimé 18 vers la matrice de billes 40 du composant BGA 20. Sans les évidements 26, il a été constaté que les billes 40 de la matrice de billes 40 du composant BGA 20 peuvent être soumises à un stress mécanique les endommageant, notamment au niveau des coins du composant BGA 20. Il a été constaté notamment une fragilisation des billes 40 de la matrice du composant BGA 20 se traduisant par des fissures des billes 40, également des arrachements de billes 40 de la matrice du composant BGA 20 aussi bien entre la face inférieure 36 du boîtier du composant BGA 34 et les billes 40 de la matrice du composant BGA 20 qu'entre la carte à de circuit imprimé 18 et les billes 40 de la matrice du composant BGA 20. Les quatre évidements 26, 28, 30, 32 placés au voisinage des quatre coins du composant BGA 20 permettent de réduire au niveau des coins du composant BGA 20, l'amplitude des vibrations subies par la carte de circuit imprimé 18. Les quatre évidements 26, 28, 30, 32 réduisant l'amplitude des vibrations subies au niveau de la matrice de bille de soudure 40, le risque de fragilisation et le risque d'arrachement d'une bille 40 de la matrice de billes de soudure sont réduits. Les évidements 26, 28, 30, 32 ainsi conçus et placés absorbent une partie de vibrations depuis la carte de circuit imprimé 18 vers le composant BGA 20 lorsque le dispositif électronique 10 est en usage, c'est à dire lorsque le dispositif électronique 10 est monté dans un véhicule. Les vibrations du véhicule peuvent également être transmises au connecteur 12 du boîtier qui est connecté à un faisceau électrique du véhicule, lui-même étant logé et fixé généralement sur le châssis du véhicule. Les languettes 16 du connecteur 14 étant fixées à la carte de circuit imprimée 18, les vibrations du véhicules sont donc également transmises à la carte de circuit imprimé 18. La figure 3 représente la carte de circuit imprimé 18 du dispositif électronique 10 sans les composants électronique 20, 22 et sans le connecteur 14, c'est-à-dire nue, avant montage des composants électronique 20, 22 et du connecteur 14. La carte de circuit imprimé 18 comprend les plages d'accueil 42, 44, 46, 48 des différents composants électroniques 20, 22. Une plage d'accueil 42 est constituée d'empreintes généralement de cuivre 50, appelées également pastilles, sur lesquelles les terminaisons électriques 40 des composants électronique viennent se souder. La carte de circuit imprimé 18 comprend également les pistes conductrices 24 généralement de cuivre, reliant électriquement les différentes empreintes 50. La carte de circuit imprimée 18 comprend également les quatre évidements 26, 28, 30, 32 disposés au voisinage de la plage d'accueil 42 du composant BGA 20. Les évidements 26, 28, 30, 32 limitent la transmission de vibrations depuis la carte de circuit imprimé 18 vers la plage d'accueil 42 lorsque la carte de circuit imprimé est 18 en usage, c'est à dire lorsque la carte de circuit imprimé 18 fait partie du dispositif électronique 10 monté dans un véhicule. La plage d'accueil 42 du composant BGA 20 comprend une matrice d'empreintes 50 généralement de cuivre sur lesquelles la matrice de billes 40 de soudure du composant BGA 20 vient se souder. La plage d'accueil 42 du composant BGA 20 a une forme globalement rectangulaire illustrée sur la figure 3 par un rectangle en trait discontinu 52. Généralement la forme globalement rectangulaire 52 de la plage d'accueil 42 correspond à l'emprise du composant BGA 20 sur la carte de circuit imprimé 18. Selon un mode de réalisation préféré, les évidements 26, 28, 30, 32 sont agencés au voisinage des angles a de la plage d'accueil 42. Selon la figure 4, les deux branches du L formé par l'évidement 32 s'étendent sensiblement parallèlement aux bords de la plage d'accueil 42 de chaque côté de l'angle a associé, c'est-à-dire l'angle a le plus proche de l'évidement 32. Ainsi, l'angle saillant du L formé par chaque évidement est agencé parallèlement à l'angle a associé de la plage d'accueil 42. L'évidement 32 est agencé à une distance déterminée 56 de la plage d'accueil 42 qui est sensiblement constante le long des bords associés de la plage d'accueil 42. De préférence, la distance déterminée 56 entre la plage d'accueil 42 et l'évidement 32 est sensiblement égale à la largeur de l'évidement 54. La largeur de l'évidement 54 est mesurée selon une direction orthogonale au bord associé de la plage d'accueil 42. Les évidements 26, 28, 30, 32 sont des fentes transversales débouchant sur chaque face de la carte de circuit imprimé 18. Dans un mode de réalisation préféré, les évidements 26, 28, 30, 32 sont réalisés par fraisage et les extrémités libres de chaque évidement 26, 28, 30, 32 sont arrondies. Alternativement les évidements 26, 28, 30, 32 peuvent être réalisés par d'autres moyens tels que par perforation, les extrémités libres de chaque évidement 26, 28, 30, 32 pouvant être également de formes autres qu'arrondies. Alternativement, il est possible de ne protéger qu'un seul angle ou une partie des angles a de la plage d'accueil 42. Dans ce cas, on choisit de protéger les angles a de la plage d'accueil 42 les plus exposés aux vibrations, c'est-à-dire ceux qui sont situés dans des zones de la carte de circuit imprimé 18 soumises aux plus fortes sollicitations mécaniques. Alternativement, les branches du L formé par chaque évidement 26, 28, 30, 32 peuvent s'étendre de façon légèrement non parallèle aux bords de la plage d'accueil 42 de chaque côté de l'angle a associé. Alternativement, la distance déterminée 56 entre la plage d'accueil 42 et l'évidement 26 peut-être plus grande que la largeur de l'évidement 54. Selon la figure 5, la carte de circuit imprimé 18 est montée sur les pions de maintien 58, 60 traversant la carte de circuit imprimé 18 à sa périphérie. Ces pions, généralement réalisés venus de matière avec le boîtier 12 du dispositif électronique 10, permettent de maintenir la carte de circuit imprimée 18 dans le boîtier 12. Les pions de maintien 58, 60 comportent depuis leur base jusqu'à la carte de circuit imprimé 18 un premier tronçon 80, 84 généralement cylindrique d'un diamètre supérieur aux trous 72,74 de maintien de la carte de circuit imprimé 18. Les pions de maintien 58, 60 comportent un deuxième tronçon 82, 86 généralement cylindrique s'étendant à travers les trous de maintien 72, 74 de manière à maintenir la carte de circuit imprimé 18 dans le boîtier 12 du dispositif électronique 10. Tel qu'illustré par la figure 5, deux zones de la carte de circuit imprimée sont distinguées : une première zone 62 située entre un pion de maintien 58 et un évidement 26 et une deuxième zone 64 située globalement sous le composant BGA 20, plus particulièrement directement sous la matrice de billes 40 du composants BGA 20. Lorsque le dispositif électronique 10 est en usage, c'est-à-dire embarqué dans un véhicule lors d'une phase de roulage par exemple, les vibrations du châssis sont transmises au boîtier 12 par son connecteur 14 et par ses moyens de fixation 70. Ces vibrations se répercutent au niveau des pions 58 de maintien. Cette configuration entraîne la propagation d'une onde de vibration 66, représentée symboliquement par une flèche en trait continu 66 sur la figure 5, au travers de la carte de circuit imprimée 18. Cette onde de vibration 66 se propage donc depuis le bord de la carte de circuit imprimé 18 où le pion 58 de maintien est agencé, vers la matrice de billes 40 de soudure du composant BGA 20. Lorsque l'onde de vibration 68 arrive au niveau de l'évidement 26, celle-ci est en partie absorbée et donc atténuée par l'évidement 26 de sorte qu'une onde de vibration résiduelle 68 symbolisée par la flèche en trait discontinu 68 sur la figure 5 se propage au travers de la deuxième zone 64 de la carte de circuit imprimé 18. L'amplitude de l'onde résiduelle 68 obtenue par l'effet de l'évidement 26 n'est pas suffisamment importante pour endommager voire arracher les billes 40 de la matrice de billes 40 de soudure de leur empreinte 50. Une partie de l'onde de vibration 68 peut également être redirigée vers une zone différente de la deuxième zone 64, telle une onde réfléchie. L'agencement de chaque évidement 26, 28, 30, 32 en L tel que décrit par l'invention, notamment le positionnement des deux branches du L formé par l'évidement 26, 28, 30, 32 s'étendant sensiblement parallèlement aux bords de la plage d'accueil 42 de chaque côté de l'angle a associé permettent une protection contre les vibrations occupant peu de place sur la carte de circuit imprimé 18 et efficace suivant différents angles d'attaques de l'onde de vibration vers la matrice de bille 40 de soudure du composant BGA 20. On va maintenant décrire une méthode de fabrication de la carte de circuit imprimé 18 telle que décrite précédemment. Selon une première étape, on réalise sur la carte de circuit imprimé 18 au moins une plage d'accueil 42 de forme globalement rectangulaire 52 en vue de recevoir un composant électronique 20 pourvu d'une matrice de billes 40 de soudure. Une deuxième étape consiste à réaliser les quatre évidements 26, 28, 30, 32 en forme de L, de préférence par fraisage. La première et la deuxième étape ainsi décrites peuvent aussi s'exécuter dans l'ordre inverse. On décrit maintenant une méthode de réalisation du dispositif électronique 10 tel que décrit précédemment. Une étape consiste à réaliser une carte de circuit imprimé 18 selon la méthode précédemment décrite. Une autre étape consiste à souder la matrice de billes 40 du composant BGA 20 sur la plage d'accueil 42. De préférence, la méthode comprendra également des étapes additionnelles telles que : - une étape consistant au montage d'un connecteur 14; - une étape consistant en la mise en place de la carte de circuit imprimé 18 dans un boîtier 12. La deuxième étape et la troisième étape peuvent aussi s'exécuter indépendamment l'une de l'autre. REVENDICATIONS1. Carte de circuit imprimé (18) comportant au moins une plage d'accueil (42) d'un composant électronique (20) pourvu d'une matrice de billes (40) de soudure, la plage d'accueil (42) étant de forme globalement rectangulaire (52), caractérisée en ce que la carte de circuit imprimé (18) comprend au moins un évidement (26, 28, 30, 32) en forme de L, l'évidement (26, 28, 30, 32) étant agencé au voisinage d'un angle (a) de la plage d'accueil (42), les deux branches du L formé par l'évidement (26, 28, 30, 32) s'étendant sensiblement parallèlement aux bords de la plage d'accueil (42) de chaque côté de l'angle associé (a), de manière à protéger la plage d'accueil (26, 28, 30, 32) lorsque la carte de circuit imprimé (18) est soumise à des vibrations (66). 2. Carte de circuit imprimé (18) suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'évidement (26, 28, 30, 32) est traversant. 3. Carte de circuit imprimé (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un évidement (26, 28, 30, 32) au voisinage de chaque angle (a) de la plage d'accueil (42). 4. Carte de circuit imprimé (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bords d'extrémité libre de chaque évidement (26, 28, 30, 32) sont arrondis. 5. Carte de circuit imprimé (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque évidement (26, 28, 30, 32) est agencé à une distance déterminée (56) de la plage d'accueil (42) qui est sensiblement constante le long des bords associés de la plage d'accueil (42) et qui est sensiblement égale à la largeur de l'évidement (54), la largeur de l'évidement (54) étant mesurée selon une direction orthogonale au bord associé de la plage d'accueil (42). 6. Dispositif électronique (10) pour véhicule automobile comportantune carte de circuit imprimé (18) suivant l'une quelconque des revendications précédentes et comportant un composant électronique (20) pourvu d'une matrice de billes (40) de soudure qui est soudé sur la plage d'accueil (42). 7. Méthode de réalisation d'une carte de circuit imprimé (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant l'étape de réaliser au moins une plage d'accueil (42) de forme globalement rectangulaire (52) en vue de recevoir un composant électronique (20) pourvu d'une matrice de billes (40) de soudure, caractérisée en ce que la méthode comprend de plus une étape de : - percer au moins un évidement (26, 28, 30, 32) en forme de L, l'évidement (26, 28, 30, 32) étant agencé au voisinage d'un angle (a) de la plage d'accueil (42), les deux branches du L formé par l'évidement (26, 28, 30, 32) s'étendant sensiblement parallèlement aux bords de la plage d'accueil (42) de chaque côté de l'angle associé (a), de manière à protéger la plage d'accueil (42) lorsque la carte de circuit imprimé (18) est soumise à des vibrations (66). 8. Méthode de réalisation d'un dispositif électronique (10) pour véhicule automobile selon la revendication 7, comprenant les étapes de : - fournir une carte de circuit imprimé (18), - réaliser au moins une plage d'accueil (42) de forme globalement rectangulaire (52) en vue de recevoir un composant électronique (20) pourvu d'une matrice de billes (40) de soudure, - souder la matrice de billes (40) du composant électronique (20) sur la plage d'accueil (42), caractérisée en ce que la méthode comprend de plus une étape de : - percer au moins un évidement (26, 28, 30, 32) en forme de L, l'évidement (26, 28, 30, 32) étant agencé au voisinage d'un angle (a) de la plage d'accueil (42), les deux branches du L formé par l'évidement (26, 28, 30, 32) s'étendant sensiblement parallèlement aux bords de la plage d'accueil (42) de chaque côté de l'angle associé (a), de manière à protéger la plage d'accueil (42) lorsque la carte de circuit imprimé (18) est soumise à des vibrations (66).