Brevet FR3042941A1 — publié le 20170428

Carte de circuit imprimé flexible Domaine technique La présente invention concerne une carte de circuit imprimé. Plus précisément, la présente invention concerne une carte de circuit imprimé comprenant une feuille flexible fixée à des éléments raidisseurs disposés aux emplacements destinés à recevoir des composants électroniques. Etat antérieur de la technique Une carte de circuit imprimé, parfois appelée PCB (acronyme de Printed Circuit Board en anglais: carte de circuit imprimé), est un support pour des composants électroniques, ce support comprenant des pistes en matériau conducteur qui connectent électriquement les composants et potentiellement des éléments extérieurs à la carte. Lorsque l'environnement de la carte de circuit imprimé impose à celle-ci d'être courbe, la carte de circuit imprimé comprend généralement une feuille flexible en polyimide sur laquelle sont fixés les composants électroniques. Une telle carte avec une feuille de polyimide présente au moins trois problèmes. Premièrement, le polyimide est beaucoup plus cher que le FR4 (acronyme de Flame Retardant 4 en anglais : retardateur de flamme 4) qui est un autre matériau habituel pour les cartes de circuit imprimé, le FR4 étant un matériau composite de résine époxy renforcé de fibres de verre, le tout étant laminé. Deuxièmement, les composants électroniques sont fixés sur la carte de circuit imprimé au moyen de connexions qui sont particulièrement sensibles aux tensions latérales. Or, de telles tensions apparaissent sur ces connexions lorsqu'une carte de circuit imprimé flexible se déforme à proximité d'un composant électronique. Cette déformation peut être 3042941 2 involontaire, par exemple lorsque la carte est manipulée en atelier, ou volontaire pour adapter la forme de la carte à la géométrie désirée. Que cette déformation soit volontaire ou involontaire, elle occasionne une tension sur les connexions des composants et les fragilise. Par 5 conséquent, les cartes de circuit imprimé flexibles ont une faible fiabilité car les connexions des composants électroniques ont été fragilisées et cassent facilement. Troisièmement, un autre problème d'une carte de circuit imprimé avec une feuille en polyimide est qu'il est difficile de fixer la feuille de 10 polyimide à un support, tel qu'un boitier incorporant la carte. En effet, la feuille de polyimide étant flexible, l'utiliser comme point d'attache sur le support donne naissance à une fixation flexible, ce qui n'est pas nécessairement souhaitable, notamment quand les composants électroniques sont les LEDs (acronyme de Light Emitting Diode en anglais: 15 diode électroluminescente) pour l'éclairage d'un véhicule, par exemple des feux de signalisation. En effet, l'éclairage avant comme arrière d'un véhicule est réglementé avec précision, et il n'est pas envisageable dans ce contexte que les sources lumineuses n'aient pas une position bien définie. Les composants électroniques eux-mêmes ne sont pas faits pour 20 servir de point d'attache sur le support. Divulgation de l'invention L'invention a pour but de résoudre ces problèmes en proposant une carte de circuit imprimé flexible bon marché, dans laquelle les composants électroniques et leurs connexions ne sont pas soumis à des tensions dues 25 à une déformation de la carte et aisée à fixer sur un support. A cet effet, il est prévu, suivant l'invention, une carte de circuit imprimé comprenant une feuille flexible comprenant des pistes d'interconnexion électrique, caractérisée : 3042941 3 a. en ce que la feuille flexible inclut un matériau composite laminé incluant des fibres de verre, b. en ce que la feuille flexible a au moins un emplacement adapté pour recevoir au moins un composant électronique de 5 façon à ce que cet emplacement corresponde à un élément raidisseur, le composant électronique et l'élément raidisseur lui correspondant étant placés respectivement sur des faces opposées de la feuille flexible, et c. en ce que la carte de circuit imprimé comporte au moins un 10 élément raidisseur adapté pour fixer la carte de circuit imprimé sur un support. Une telle carte de circuit imprimé est moins chère que la carte de circuit imprimée faite de polyimide connue de l'art antérieur car le-matériau composite laminé incluant des fibres de verre est typiquement moins cher 15 que le polyimide. Les éléments raidisseurs permettent que la feuille flexible reste droite aux emplacements des composants et de leurs connexions. Cette absence de courbure au niveau des composants fait que les connexions des composants et les composants eux-mêmes ne sont pas soumis à des 20 tensions qui risqueraient de les endommager, voire de les rompre, et de diminuer ainsi la fiabilité de l'ensemble carte de circuit imprimé et composants électroniques. Une telle carte de circuit imprimé est aussi facile à fixer sur un support ou dans un boitier car il est possible d'utiliser à cet effet au moins 25 un des éléments raidisseurs. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui peuvent être pris ensemble ou séparément : - le matériau composite laminé est du FR4; 3042941 4 - la feuille flexible a une épaisseur au plus de sensiblement 600 m icromètres; - la surface de contact entre l'élément raidisseur et la carte est au moins sensiblement égale à la surface sur la carte de l'emplacement adapté 5 pour recevoir au moins un composant électronique; - l'élément raidisseur adapté pour fixer la carte de circuit imprimé sur un support comprend un moyen de fixation permettant de fixer ledit élément raidisseur sur le support; - le moyen de fixation comprend des trous sur l'élément raidisseur 10 - le moyen de fixation comprend un adhésif; - la carte est percée d'au moins un trou contenant un matériau conducteur thermique permettant un contact thermique entre le composant électronique et l'élément raidisseur lui correspondant; - au moins un composant électronique est une diode 15 électroluminescente; - la carte est adaptée pour une application d'éclairage; et - la carte est adaptée pour être utilisée pour des dispositifs d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicules automobiles. Brève description des figures 20 D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non limitatif et en faisant référence aux dessins annexés. La figure 1 illustre une vue latérale d'un schéma de carte de circuit imprimé selon une réalisation de l'invention. 25 La figure 2 illustre une vue latérale d'un schéma de carte de circuit imprimé montée dans un boitier selon une autre réalisation de l'invention. La figure 3 illustre une vue latérale d'un schéma de carte de circuit imprimé selon encore une autre réalisation de l'invention. 3042941 5 Modes de réalisation de l'invention La présente invention est décrite avec des réalisations particulières et des références à des figures mais l'invention n'est pas limitée par celles-ci. Les dessins ou figures décrits ne sont que schématiques et ne sont pas 5 limitatifs. Dans les dessins, certains éléments ne sont pas à l'échelle. Dans les figures où un élément est représenté plusieurs fois, le nombre de fois qu'un élément est présent n'est pas nécessairement proche du nombre de fois que cet élément est présent dans des réalisations de l'invention. 10 Sur les figures, les éléments identiques ou analogues peuvent porter les mêmes références. La figure 1 illustre une vue de côté d'une carte de circuit imprimé selon une réalisation de la présente invention. Une carte de circuit imprimé 101 est un support pour un composant électronique 102 qui est connecté à 15 la carte de circuit imprimé par des connexions 103. Un élément raidisseur 104 est disposé sur la face de la carte de circuit imprimé 101 opposée à celle du composant électronique 102, au droit de celui-ci, de façon à correspondre au composant électronique 102. L'élément raidisseur 104 est fixé à un support 105. 20 La carte de circuit imprimé 101 comprend une plaque de FR4 et des pistes d'interconnexion électrique en matériau conducteur. Elle comprend préférentiellement une seule couche de FR4 avec une couche de matériau conducteur par face. Une telle carte de circuit imprimé 101 est plus mince que les cartes de circuit imprimé habituelles, ce qui lui permet d'être 25 flexible. Dans une réalisation de l'invention, la carte de circuit imprimé 101 a une épaisseur d'environ 150 à 600 micromètres. Dans une réalisation de l'invention, la carte de circuit imprimé 101 comporte une couche d'environ 100 micromètres de FR4 laminée avec une couche d'environ 35 micromètres de cuivre sur l'une de ses faces et une couche d'environ 3042 94 1 6 35 micromètres de cuivre sur l'autre de ses faces. Une couche d'OSP (acronyme de Organic Soldering Preservative en anglais : composé organique de préservation de la soudure) ou des couches de nickel et or peuvent être présents sur le cuivre, afin d'empêcher l'oxydation du cuivre. 5 La carte de circuit imprimé 101 peut éventuellement comprendre plus que deux couches de matériau conducteur et plusieurs couches de FR4 pour autant que la carte de circuit imprimé soit flexible. La carte de circuit imprimé 101 est courbable dans les zones 106, 107 où il n'y a pas d'élément raidisseur 104 et est contrainte de rester droite 10 par l'élément raidisseur 104 à l'emplacement 108 du composant électronique 102 et des connexions 103. La carte de circuit imprimé 101 peut comporter des trous ou des via thermiques, un via thermique dans une carte de circuit imprimé étant un trou qui perce la carte de circuit imprimé entre ses deux faces et qui fournit un passage pour que la chaleur 15 générée sur une face de la carte de circuit imprimé puisse s'évacuer vers l'autre face de la carte de circuit imprimé. Le composant électronique 102 peut être une LED (acronyme de Light Emitting Diode en anglais : diode électroluminescente). Les connexions 103 ont une fonction électrique en reliant le 20 composant électronique 102 à des pistes de matériau conducteur sur la carte de circuit imprimé 101 et une fonction mécanique en fixant mécaniquement le composant électronique 102 à la carte de circuit imprimé 101. Dans une réalisation de l'invention, les connexions 103 sont faites par du câblage par fil, comme illustré sur le figure 1. Dans une autre 25 réalisation de l'invention, non représentée, les connexions 103 sont des billes de soudure, notamment si le composant électronique est une puce destinée à être montée en surface de la carte de circuit imprimé. L'élément raidisseur 104 est plus rigide que la carte de circuit imprimé 101. Il permet d'éviter les fortes déformations de la carte de circuit 3042941 7 imprimé 101 à l'emplacement du composant électronique 102 et des connexions 103. En effet, de telles déformations fragiliseraient les connexions 103 et risqueraient de les briser. Il pourrait aussi arriver que le composant électronique 102 soit rompu, notamment s'il s'agit d'un 5 condensateur en céramique. Dans une réalisation de l'invention, l'élément raidisseur 104 a une surface au moins sensiblement égale à la surface du composant électronique 102 et des emplacements prévus pour les connexions 103 sur la carte de circuit imprimé 101, ce qui force la carte flexible à rester droite sur l'ensemble de la zone sur laquelle des tensions 10 endommageraient le composant électronique 102 et/ou ses connexions 103. Dans une réalisation de l'invention, l'élément raidisseur 104 est fait de plastique ou de métal. Avantageusement, l'élément raidisseur 104 ne comprend pas de piste conductrice, ce qui le rend particulièrement propre à 15 fixer la carte de circuit imprimé 101 sur le support 105. Dans une réalisation de l'invention, l'élément raidisseur 104 est percé de trous pour être fixé sur la carte de circuit imprimé 101 et/ou le support 105. Dans une réalisation de l'invention, l'élément raidisseur 104 est fixé sur la carte de circuit imprimé 101 et/ou le support 105 par un matériau adhésif. Dans une 20 réalisation de l'invention, l'élément raidisseur 104 est un radiateur capable de diffuser la chaleur reçue du composant électronique 102 par un ou plusieurs trous dans la carte de circuit imprimé 101 comprenant un conducteur thermique. Le support 105 est préférentiellement plus rigide que la carte de 25 circuit imprimé 101. Le support 105 peut être fait de plastique ou d'aluminium. Le support 105 peut être un boitier de la carte de circuit imprimé 101. Le support 105 peut être fixé à l'élément raidisseur 104 par un adhésif ou des vis via des trous dans l'élément raidisseur 104 et/ou le support 105. 3042 94 1 8 La figure 2 illustre une vue de côté d'une carte de circuit imprimé selon une autre réalisation de la présente invention. Une carte de circuit imprimé 201 est un support pour des composants électroniques 202, 212, 222 qui sont connectés à la carte de circuit imprimé par des connexions 5 respectives 203, 213, 223. Des éléments raidisseurs 204, 224 sont disposés sur la face de la carte de circuit imprimé 201 opposée à celle des composants électroniques 202, 212, 222 de façon, comme précédemment, à correspondre aux composants électroniques 202, 212, 222. Les éléments raidisseurs 204, 224 sont fixés à un support 251 qui fait partie d'un 10 boitier 250. Une glace de fermeture 252 fait aussi partie du boitier 250 et ferme le boitier 250 lorsqu'elle est fixée sur le support 251. La carte de circuit imprimé 201 est courbée à l'endroit 210 où il n'y a pas d'élément raidisseur 204 224 et est rigidifiée par les éléments raidisseurs 204, 224 aux emplacements 205, 215, 225 des composants 15 électroniques 202, 212, 222. L'élément raidisseur 204 correspond à deux composants électroniques 202, 212 tandis que l'élément raidisseur 224 correspond à un seul composant électronique 222. Les éléments raidisseurs 204, 224 sont collés ou fixés par exemple 20 par des vis au support 251. Le support 251 peut présenter une courbure, comme illustré sur la figure 2, qu'il impose à la carte de circuit imprimé 101 via la succession des éléments raidisseur 204, 224. La carte 101 présente alors une courbure dans certaines zones qui correspondent aux zones de la carte où il n'y a pas de composant électronique 102. 25 Ce système permet de mettre une carte de circuit imprimé dans un environnement courbe car la carte se courbe aux endroits où il n'y a pas d'éléments raidisseurs et reste droite aux endroits des éléments raidisseurs, évitant ainsi des tensions sur les connexions 203, 213, 223. 3042 94 1 9 Le support 251 est emboité avec la glace de fermeture 252 pour former le boitier 250. Dans une réalisation de l'invention, la glace de fermeture 252 est faite d'un matériau transparent. Dans une réalisation de l'invention qui n'est pas montrée sur les 5 figures, la carte 101 est courbée dans plusieurs directions. La figure 3 illustre une vue de côté d'une carte de circuit imprimé selon encore une autre réalisation de la présente invention. Une carte de circuit imprimé 501 est percée de trous 510, 520. Des composants électroniques 512, 522 sont disposés sur les trous 510, 520. 10 Le composant électronique 512 est disposé sur un trou 510 et est connecté à la carte de circuit imprimé 501 par des connexions 513. Le trou 510 est rempli d'un matériau 514 destiné à permettre à la chaleur engendrée par le composant de s'évacuer à travers la carte 501 vers des moyens de dissipation thermique. Ce matériau 514 doit être bon 15 conducteur thermique et isolant électriquement. Ce peut être une colle ou une pâte thermique, par exemple une pâte thermique à base de silicone et/ou contenant des particules de céramique. Ce matériau 514 est en contact d'un côté de la carte 501 avec le composant 512 et de l'autre côté de la carte 501 avec une couche d'un matériau 515 analogue au 20 matériau 514, pâte thermique par exemple. La couche de pâte thermique 515 est en contact avec les moyens de dissipation thermique, un radiateur 516 par exemple. La couche de pâte thermique 515 pourrait être absente au niveau du trou 510, ce qui permettrait un contact thermique direct entre l'élément conducteur thermique 514 et le radiateur 516. 25 De façon analogue, le composant électronique 522 est disposé sur un trou 520 et est connecté à la carte de circuit imprimé 501 par des connexions 523. Le trou 520 est rempli d'une pâte thermique 524 qui est en contact d'un côté de la carte de circuit imprimé 501 avec le composant électronique 522 et de l'autre côté de la carte de circuit imprimé 501 avec 3042941 10 une couche de pâte thermique 525. La couche de pâte thermique 525 est en contact avec un radiateur 526. La couche de pâte thermique 525 pourrait être absente au niveau du trou 520, ce qui permettrait un contact thermique direct entre l'élément conducteur thermique 524 et le 5 radiateur 526. Les composants électroniques 512, 522 peuvent être des composants électroniques dits "de puissance" qui génèrent une grande quantité de chaleur. Si cette chaleur n'est pas évacuée, la température à l'intérieur du composant électronique augmente ce qui dégrade les 10 caractéristiques électroniques du composant et potentiellement peut conduire à sa destruction. Dans le cas d'une LED, un échauffement de la diode mène à une diminution de son efficacité. La réalisation de l'invention de la figure 3 permet un contact thermique via le trou 510 (respectivement 520) et en passant par les matériaux 514, 515 (respectivement 524, 525) 15 entre le composant électronique 512 (respectivement 522) et l'élément raidisseur 516 (respectivement 526) lui correspondant, ce qui permet une bonne évacuation de la chaleur générée par le composant électronique et limite son échauffement. La carte de circuit imprimé 501 présente une zone courbée 550. 20 La carte de circuit imprimé 501 a préférentiellement une épaisseur entre 150 et 600 micromètre, ce qui lui permet d'être flexible. La carte de circuit imprimé 501 a plus préférentiellement une épaisseur entre 150 et 500 micromètre, ce qui lui permet d'être plus flexible. La carte de circuit imprimé 501 a encore plus préférentiellement une épaisseur entre 150 et 25 400 micromètre, ce qui lui permet d'être encore plus flexible. Dans la réalisation de l'invention illustrée à la figure 3, les zones de la carte de circuit imprimé 501 où se trouvent les composants électroniques 512, 522 ne sont pas courbées. Elles sont maintenues non-courbées par les radiateurs 516, 526 qui jouent un rôle de raidisseurs. 3042941 11 Le fait d'avoir des trous 510, 520 remplis d'un matériau conducteur de chaleur débouchant sur des radiateurs 516, 526 permet que la chaleur générée par les composants électriques 512, 522 soit évacuée à travers les trous 510, 520 vers les radiateurs 516, 526 où elle est évacuée vers l'air 5 ambiant loin des composants électriques 512, 522 et sur une grande surface. Dans une réalisation de l'invention, la surface totale de section du ou des trous 510, 520 correspondant à un composant électronique 512, 522 est suffisante pour permettre une évacuation thermique suffisante vers les 10 radiateurs 516, 526 afin que les composants électroniques 512, 522 restent dans un intervalle de température où leur caractéristiques ne sont pas détériorées par des effets thermiques. Dans une réalisation de l'invention, la surface totale de section du ou des trous 510, 520 correspondant à un composant électronique 512, 522 15 est supérieure ou substantiellement égale à la surface du composant qui fait face à la carte de circuit imprimé et la carte de circuit imprimé 501 a une épaisseur au plus d'environ 600 micromètres. Dans une telle carte de circuit imprimé mince, la distance que la chaleur doit parcourir entre le composant électronique et le dissipateur 20 thermique est moindre que dans les cartes de circuit imprimé habituelles. De plus, puisque la surface totale de section du/des trou(s) est substantiellement égale ou est supérieure à la surface du composant électronique correspondant à ce(s) trou(s), la surface totale d'échange thermique entre le composant électronique et le dissipateur thermique est 25 plus grande que pour de multiples vias thermiques étroits. La carte de circuit imprimé de la présente invention peut être utilisée dans des applications d'éclairage et/ou de signalisation, en particulier pour des véhicules automobiles. Une application particulière est le feu de freinage central surélevé, ou feu stop surélevé, également désigné sous les 3042941 12 acronymes HMSL ou CHMSL en anglais. Une autre application est les feux de circulation diurne, également désignés sous l'acronyme DRL. Dans une réalisation de l'invention particulièrement appropriée pour le feu de stop surélevé, la carte comprend une seule couche de FR4, les composants 5 électroniques sont une pluralité de LEDs, par exemple 6, un seul composant électronique est présent par élément raidisseur et les composants électroniques sont substantiellement alignés. La carte selon la présente invention permet que l'assemblage comprenant la carte et les LEDs suive la courbure du pare-brise arrière ou de la carrosserie d'un 10 véhicule. Dans une réalisation de l'invention, certains composants électroniques sont sur le dessus de la carte et ont leur élément raidisseur sur le dessous de la carte tandis que d'autres composants électroniques sont sur le dessous de la carte et ont leur élément raidisseur sur le dessus 15 de la carte. La fixation au support se fait par un ou plusieurs éléments raidisseurs, placés d'un ou deux côtés. Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des 20 revendications annexées. REVENDICATIONS1. Carte de circuit imprimé comprenant une feuille flexible comprenant des pistes d'interconnexion électrique, caractérisée : a. en ce que la feuille flexible inclut un matériau composite laminé incluant des fibres de verre, b. en ce que la feuille flexible a au moins un emplacement adapté pour recevoir au moins un composant électronique de façon à ce que cet emplacement corresponde à un élément raidisseur, le composant électronique et l'élément raidisseur lui correspondant étant placés respectivement sur des faces opposées de la feuille flexible, et c. en ce que la carte de circuit imprimé est comporte au moins un élément raidisseur adapté pour fixer la carte de circuit imprimé sur un support. 2. Carte de circuit imprimé selon la revendication 1, dans laquelle le matériau composite laminé est du FR4. 3. Carte de circuit imprimé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans laquelle la feuille flexible a une épaisseur au plus de sensiblement 600 micromètres. 4. Carte de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la surface de contact entre l'élément raidisseur et la carte est au moins sensiblement égale à la surface sur la carte de l'emplacement adapté pour recevoir au moins un composant électronique. 3042941 14 5. Carte de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'élément raidisseur adapté pour fixer la carte de circuit imprimé sur un support comprend un moyen de fixation permettant de fixer ledit élément raidisseur sur le support. 5 6. Carte de circuit imprimé selon la revendication 5, dans laquelle le moyen de fixation comprend des trous sur l'élément raidisseur. 7. Carte de circuit imprimé selon l'une des revendications 5 ou 6, dans 10 laquelle le moyen de fixation comprend un adhésif. 8. Carte de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications précédentes, percée d'au moins un trou contenant un matériau conducteur thermique permettant un contact thermique entre le 15 composant électronique et l'élément raidisseur lui correspondant. 9. Carte de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle au moins un composant électronique est une diode électroluminescente. 20 10. Carte de circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications précédentes adaptée pour une application d'éclairage. 11. Carte de circuit imprimé selon la revendication 10 adaptée pour être 25 utilisée pour des dispositifs d'éclairage et/ou de signalisation pour véhicules automobiles.