Brevet FR3034614A1 — publié le 20161007

Procédé de fabrication d'un circuit flexible, circuit flexible obtenu par ce procédé et carte à puce comportant un tel circuit flexible. [1] L'invention concerne le domaine des circuits imprimés flexibles. De tels circuits imprimés 5 flexibles peuvent être utilisés par exemple pour réaliser des modules électroniques pour carte à puce, des antennes RFID, des supports de diodes électroluminescentes, etc. [2] L'invention est illustrée ci-dessous en prenant l'exemple des modules électroniques pour cartes à puce, mais elle est facilement transposable à d'autres applications des circuits imprimés flexibles et notamment à des applications telles que celles mentionnées ci-dessus. 10 [003] Les cartes à puce sont bien connues du public, qui en a de multiples usages : cartes de crédit, carte SIM pour téléphones portable, cartes de transport, cartes d'identité, etc. [4] Comme représenté sur la figure 1, les cartes à puce sont généralement constituées d'un support rigide 1 en matière plastique de type PVC, PVC/ABS ou polycarbonate constituant l'essentiel de la carte, dans lequel est incorporé un module électronique 2 fabriqué séparément. Ce module 15 électronique 2 comporte un circuit imprimé 3 généralement flexible muni d'une puce électronique 100 (circuit intégré) et de moyens de transmission pour transmettre des données de la puce à un dispositif lecteur de carte (lecture) ou de ce dispositif à la carte (écriture). Ces moyens de transmission de données peuvent être « à contact », « sans contact » ou bien « dual » lorsqu'ils combinent les deux précédents moyens. Dans une carte à puce «à contact » ou « dual », un 20 connecteur 5 comporte des plages de contacts 15 électriquement connectées à la puce 100 et affleurant, en surface du support de carte 1, pour une connexion par contact électrique avec un dispositif lecteur de carte. [5] Dans l'art antérieur, les modules sont généralement formés à partir d'un substrat diélectrique recouvert sur au moins l'une de ses faces d'une feuille de matériau électriquement conducteur, 25 constituée par exemple d'un métal tel que du cuivre, de l'acier ou de l'aluminium ou un alliage de l'un de ces métaux. Dans cette feuille de matériau électriquement conducteur sont formées des pistes conductrices formant des plages de contacts électriques. Les substrats diélectriques largement utilisés dans l'art antérieur sont réalisés en matériaux composites (verre-époxy) ou en matériaux plastiques (PET, PEN, polyimide, etc.). Ce type de substrat diélectrique est généralement mince (son 30 épaisseur est par exemple de l'ordre de 100 p.m) pour conserver une flexibilité compatible avec des procédés de fabrication des modules électroniques en continu. [6] Le procédé de fabrication de ce type de circuit flexible comprend alors par exemple: 3034614 2 - la fourniture d'une feuille de matériau électriquement conducteur, ayant donc une première et une deuxième face principales, - la fourniture d'une couche de matériau diélectrique, cette couche de matériau diélectrique ayant donc aussi une première et une deuxième face principales, et [007] - la lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur avec la couche de matériau diélectrique. [8] La feuille de matériau électriquement conducteur est généralement collée à la couche de matériau diélectrique au moyen d'une fine couche de matériau adhésif généralement thermodurcissable (mais qui pourrait éventuellement être thermofusible) et électriquement isolant (dont l'épaisseur est par exemple de l'ordre de 20 p.m), préalablement enduite sur la couche de matériau diélectrique. [9] Un but de l'invention est de simplifier ce type de procédé. [10] A cet effet, il est prévu, un procédé tel que celui mentionné ci-dessus, comprenant en outre, avant la lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur avec la couche de matériau diélectrique, une étape de perforation d'au moins un puits de connexion à travers la couche de matériau diélectrique. Après la lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur avec la couche de matériau diélectrique, la feuille de matériau électriquement conducteur forme donc une surface de connexion au fond d'au moins un puits de connexion. De plus on utilise une couche de matériau diélectrique constituée d'un matériau pré-imprégné. Ainsi, on peut réaliser l'étape de lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur avec la couche de matériau diélectrique, alors que la première face de la couche de matériau diélectrique est directement mise en contact avec la première face de la feuille de matériau électriquement conducteur. Autrement dit, le terme « directement mise en contact» signifie dans ce document que la feuille de matériau électriquement conducteur est laminée avec la couche de matériau diélectrique sans autre couche intermédiaire, et plus particulièrement sans couche supplémentaire d'adhésif entre les deux. [11] Grâce à cette disposition, il est possible d'éliminer l'étape utilisée lors de la mise en oeuvre des procédés de l'art antérieur qui consistait à enduire d'adhésif la couche de matériau diélectrique. Cette disposition rend donc ce type procédé plus économique. [12] Un pré-imprégné (« prepreg » selon la terminologie anglo-saxonne) dans ce document est un 30 produit semi-fini constitué d'une résine (encore appelée matrice) thermodurcissable (c'est à dire thermo-réticulable) imprégnant un renfort (mat, tissu, fibre de verre). La résine doit être réticulée à chaud pour obtenir un produit fini. 3034614 3 [013] L'étape de perforation d'au moins un puits de connexion à travers la couche de matériau diélectrique est réalisée avant celle de lamination de la couche de matériau diélectrique avec la feuille de matériau électriquement conducteur de manière à faire cette perforation par un moyen mécanique, rapide et économique tel que le poinçonnage. Les puits de connexion ayant 5 généralement un diamètre de l'ordre de 600 à 8001im, il est important que la résine du pré-imprégné ne flue pas dans le fond des puits, sur la surface du matériau électriquement conducteur. Pour cette raison notamment, il n'était pas évident de remplacer un substrat diélectrique thermiquement stable (aux températures d'utilisation habituelle pour ce type de procédé et généralement inférieures à 300°C) de l'art antérieur par un substrat diélectrique qui n'est encore stable (par exemple parce qu'il 10 n'est pas encore réticulé) et qui peut donc fluer de manière significative. Il faut en effet éviter que la résine du pré-imprégné ne recouvre la surface conductrice du fond du puits et compromette une bonne connexion ultérieure. Le pré-imprégné est donc choisi pour que son fluage mesuré selon le standard IPC-TM-650 2.3.17.2 reste inférieur ou égal à 0,7mm. D'une manière générale, on peut limiter le fluage de la résine en augmentant sa viscosité, par exemple par ajout de charges à cette 15 résine ou en la pré-réticulant. Il y a cependant un compromis à trouver entre, d'une part, une résine trop visqueuse qui flue trop mais adhère à la feuille de matériau électriquement conducteur et, d'autre part, une résine qui ne flue pas (dite « no-flow » selon la terminologie anglo-saxonne), mais qui ne présenterait pas les propriétés d'adhérence recherchée aux températures (inférieures à 220°C) et pressions (2 à 6 bars) souhaitées pour la mise en oeuvre de ce procédé. 20 [014] Le procédé ci-dessus comporte en outre éventuellement l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes considérées indépendamment les unes des autres ou en combinaison de tout ou partie d'entre elles : [15] - le matériau pré-imprégné comprend une résine imprégnant un renfort ; [16] - le procédé comprend une étape de réticulation de la résine après l'étape de lamination de la 25 feuille de matériau électriquement conducteur avec la couche de matériau diélectrique ; [17] - la résine est choisie dans la liste comprenant les résines époxy et les résines de polyesters insaturés ; [18] - le renfort est choisi parmi un textile de fibres tissées, un textile de fibres non-tissées, des fibres de verre, des fibres de polyester, des fibres de carbone et des fibres de polyaramide ; [019] - l'étape de lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur avec la couche de matériau diélectrique, est réalisée à une température comprise entre 80°C et 200°C et préférentiellement entre 100 et 150°C; cette température est adaptée au mode de mise en oeuvre de l'étape de lamination, par exemple, l'étape de lamination est réalisée en continu («reel-to-reel » ou 3034614 4 « roll-to-roll » selon la terminologie anglo-saxonne) et la couche de matériau diélectrique (pré-imprégné) est préchauffée avant d'être laminée avec la feuille de matériau électriquement conducteur sous un rouleau lui aussi chauffé ; dans ce cas, le temps de contact entre le rouleau, la feuille de matériau électriquement conducteur et la couche de matériau diélectrique est très court ; 5 [020] - l'étape de lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur avec la couche de matériau diélectrique est réalisée à une pression comprise entre 2 et 6 bars, notamment lorsque l'étape de lamination est réalisée en continu ; [21] - l'étape de perforation d'au moins un puits de connexion est réalisée après lamination d'une première feuille de matériau électriquement conducteur sur la première face de la couche de 10 matériau diélectrique et une deuxième feuille de matériau électriquement conducteur est laminée sur la deuxième face de la couche de matériau diélectrique. [22] Selon un autre aspect, l'invention est un circuit flexible obtenu par le procédé ci-dessus et comprenant : - une couche de matériau diélectrique ayant une première et une deuxième face, cette 15 couche de matériau diélectrique étant constituée d'un matériau pré-imprégné, - une feuille de matériau électriquement conducteur, ayant une première et une deuxième face, recouvrant au moins partiellement la couche de matériau diélectrique, la première face de la couche de matériau diélectrique étant directement au contact de la première face de la feuille de matériau électriquement conducteur, 20 - au moins un puits de connexion à travers la couche de matériau diélectrique, la feuille de matériau électriquement conducteur formant une surface de connexion au fond d'au moins un puits de connexion. [23] Selon encore un autre aspect, l'invention est une carte à puce comportant un corps de carte et une cavité ménagée dans le corps de carte et dans laquelle est placé un module électronique 25 comportant un circuit flexible tel que mentionné ci-dessus, le circuit flexible comportant une zone fixée au corps de carte, par exemple à l'aide d'un adhésif réactivable à chaud (« hotmelt » selon la terminologie anglo-saxonne). [24] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés sur lesquels : 30 - La figure 1 représente schématiquement en perspective une carte à puce destinée à recevoir un circuit flexible ; - Les figures 2a à 2i représentent schématiquement les différentes étapes d'un exemple de procédé de fabrication d'un circuit imprimé et d'encartage de ce circuit imprimé ; et 3034614 5 - la figure 3 représente schématiquement une variante de l'étape 2h du procédé illustré par les figures 2a à 2i. [25] Un exemple de procédé de fabrication d'un circuit flexible selon l'invention est décrit ci-dessous. Il appartient au domaine de la carte à puce, mais comme cela a déjà été mentionné, des 5 applications dans d'autres domaines (antennes RFID, LEDs, etc.) sont aisément transposables à partir de ce qui est décrit ici. [26] Comme représenté sur la figure 1, une carte à puce 1 comporte un module 2. Le module 2 comprend un circuit flexible 3, muni d'un connecteur 5, et une puce 100. Le module 2 est généralement réalisé sous forme d'un élément séparé qui est inséré dans une cavité 4 ménagée dans 10 la carte 1. [27] Le circuit flexible 3 comporte donc un connecteur 5 avec plusieurs contacts 15 auxquels est connectée la puce 100. Le circuit flexible 3 est représenté (en haut) vu par sa face avant 6 (face contact). Il est aussi représenté (en bas) vu par sa face arrière 7. Le circuit flexible 3 ainsi représenté correspond à un circuit flexible simple face pour carte « à contact ». Mais il pourrait tout aussi bien 15 s'agir d'un circuit flexible double face, pour carte « dual » par exemple. [28] Les figures 2a à 2i illustrent schématiquement différentes étapes d'un exemple de procédé selon l'invention pour la fabrication du circuit flexible 3. [29] Ce procédé comprend la fourniture (Fig. 2a) d'un substrat 50 constitué d'un matériau diélectrique. Ce matériau diélectrique est constitué d'un pré-imprégné. Ce pré-imprégné est formé 20 d'une résine époxy imprégnant un matériau fibreux. Ce matériau fibreux est par exemple un tissu de fibres de verre tissées. Ce tissu de fibres de verre est par exemple de type 1080 selon le code IPC, mais il peut être plus épais. [30] L'épaisseur du substrat 50 est supérieure à 50p.m et de préférence supérieure à 751im. Par exemple, cette épaisseur est comprise entre 90 et 120p.m. 25 [031] Le pré-imprégné constitutif du substrat 50 est de type « faible fluage » (« low-flow » selon la terminologie anglo-saxonne). Par exemple son fluage mesuré selon le standard IPC-TM-650 2.3.17.2 est inférieur ou égal à 0,7mm. Des pré-imprégnés ce de type sont commercialisés par exemple par les sociétés Doosan®, Rogers®, Isola®, TUC®, Elite Materials® ou ITEQ®. [032] Le substrat 50 est ensuite perforé pour former des puits de connexion 9, 10 (Fig. 2b) dont le 30 diamètre est compris entre 300p.m et 1000p.m par exemple. En variante (non-représentée), en plus des puits de connexion 9, 10, le substrat peut également être perforé pour former une réserve dans laquelle une puce 100 pourra être ultérieurement logée. Afin d'éviter de générer, en particulier lors de la lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur 11, des défauts (par exemple 3034614 6 des surépaisseurs liées à des particules déposées sur le substrat 50) consécutivement à cette étape de perforation, on utilise un matériau pré-imprégné de qualité REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un circuit flexible (3), comprenant : - la fourniture d'une feuille de matériau électriquement conducteur (11), ayant une première 5 et une deuxième face, - la fourniture d'une couche de matériau diélectrique (50) ayant une première et une deuxième face, - la perforation d'au moins un puits de connexion à travers la couche de matériau diélectrique, 10 - la lamination, après la perforation d'au moins un puits de connexion, de la feuille de matériau électriquement conducteur (11) avec la couche de matériau diélectrique (50), la feuille de matériau électriquement conducteur (11) formant une surface de connexion au fond d'au moins un puits de connexion, caractérisé par le fait 15 - que la couche de matériau diélectrique est constituée d'un matériau pré-imprégné, - que l'étape de perforation d'au moins un puits de connexion est réalisée avant la lamination de la couche de matériau diélectrique (50) avec la première face de la feuille de matériau électriquement conducteur (11), et - que l'étape de lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur (11) avec 20 la couche de matériau diélectrique (50), est réalisée alors que la première face de la couche de matériau diélectrique (50) est directement mise en contact avec la première face de la feuille de matériau électriquement conducteur (11). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau pré-imprégné comprend une 25 résine imprégnant un renfort, et dans lequel une étape de réticulation de la résine est réalisée après l'étape de lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur (11) avec la couche de matériau diélectrique (50). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le matériau pré-imprégné 30 comprend une résine imprégnant un renfort, cette résine étant choisie dans la liste comprenant les résines époxy et les résines de polyesters insaturés. 3034614 10 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le renfort est choisi parmi un textile de fibres tissées, un textile de fibres non-tissées, des fibres de verre, des fibres de polyester, des fibres de carbone et des fibres de polyaramide. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le pré-imprégné à un fluage inférieur ou égal à 0,7mm mesuré selon le standard IPC-TM-650 2.3.17.2. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape de perforation d'au moins un puits de connexion est réalisée après lamination d'une première feuille de matériau électriquement conducteur sur la première face de la couche de matériau diélectrique (50) et dans lequel une deuxième feuille de matériau électriquement conducteur est laminée sur la deuxième face de la couche de matériau diélectrique (50). 7. Circuit flexible (3) comprenant : - une couche de matériau diélectrique (50) ayant une première et une deuxième face, - une feuille de matériau électriquement conducteur (11), ayant une première et une deuxième face, recouvrant au moins partiellement la couche de matériau diélectrique (50), - au moins un puits de connexion à travers la couche de matériau diélectrique, la feuille de matériau électriquement conducteur (11) formant une surface de connexion au fond d'au moins un 20 puits de connexion, caractérisé par le fait que la couche de matériau diélectrique est constituée d'un matériau pré-imprégné, et par le fait que la première face de la couche de matériau diélectrique (50) est directement au contact de la première face de la feuille de matériau électriquement conducteur (11). 25 8. Circuit flexible selon la revendication 7, dans lequel le matériau pré-imprégné comprend une résine imprégnant un renfort, cette résine étant choisie dans la liste comprenant les résines époxy et les résines de polyesters insaturés. 9. Circuit flexible selon la revendication 8, dans lequel le renfort est choisi parmi un textile de 30 fibres tissées, un textile de fibres non-tissées, des fibres de verre, des fibres de polyester, des fibres de carbone et des fibres de polyaramide. 3034614 11 10. Carte à puce comportant un corps de carte (1) et une cavité (4) ménagée dans le corps de carte et dans laquelle est placé un module électronique (2) comportant un circuit flexible (3) selon l'une des revendications 7 à 9, le circuit flexible (3) comportant une zone fixée au corps de carte (1).