Brevet FR3047385A1 — publié le 20170804

Carte électronique comprenant une semelle de matériau conducteur dans laquelle sont gravés des piliers de dissipation thermique, et procédé de fabrication correspondant. Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication de cartes électroniques. Plus précisément, l'invention concerne la réalisation de circuits imprimés intégrant des piliers de dissipation thermique sur lesquels sont montés certains composants de la carte électronique. Dans sa conception de base, un circuit imprimé est simple face, avec une seule couche conductrice en cuivre, sur laquelle peuvent être soudés les composants électroniques. Cette couche est classiquement associée à une couche de matière isolante qui lui sert de support. Des trous peuvent être ménagés dans le circuit pour permettre l'insertion de broches des composants électroniques. On connait également les circuits imprimés double face ou multi- couches, qui comprennent respectivement deux et au moins trois couches conductrices, séparées deux à deux par des couches isolantes, et pouvant présenter des trous d'insertion pour le maintien des composants, et également des liaisons entre couches conductrices pour établir une liaison électrique entre elles. Actuellement, il est connu de réaliser des cartes électroniques de plus en plus complexes, pour présenter un nombre de couches conductrices très important, pour atteindre par exemple jusqu'à trente couches pour des applications complexes. Dans ce cas, une couche est généralement réservée à la masse, une autre à l'alimentation, et les autres sont distribuées en fonction des besoins. Selon une technologie très répandue, afin de réaliser l'ensemble des pistes et des pastilles d'une couche à partir d'une surface de cuivre, le procédé de réalisation consiste en les étapes suivantes : laminage d'un film photosensible à la surface de cuivre ; insolation du film par une source de lumière UV qui permet de polymériser le film et constituer des zones de protection ; 3047385 2 développement des zones non insolées, dans lesquelles le cuivre se retrouve alors à nu ; gravure chimique du cuivre dans les zones non protégées par le film ; 5 enlèvement du film de protection restant sur les pistes et pastilles de la couche correspondante. Bien entendu, avec les besoins croissants en termes de fonctionnalité, la complexité des cartes électroniques ne cessent d'augmenter et l'on voit apparaître des cartes électroniques de plus en plus 10 importantes en taille, avec une densité d'intégration des composants qui tend elle aussi à augmenter. Pour ces raisons notamment, il est nécessaire de gérer la chaleur produite par les composants, afin de préserver le bon fonctionnement de la carte électronique et la tenue dans le temps des composants. 15 Dans ce contexte, il a notamment été proposé de mettre en oeuvre des piliers de cuivre micrométriques, sur lesquels sont montés certains composants électroniques, et qui permettent d'exercer une fonction de dissipation thermique sous les composants en question. Pour cela, on distingue deux techniques de réalisation des piliers, à 20 savoir : une technique selon laquelle les piliers sont réalisés indépendamment du circuit imprimé, puis rapportés et soudés sur le circuit imprimé en des positions précises correspondant à l'implantation du composant à refroidir ; 25 des puits sont réalisés dans le matériau support et des piliers sont insérés dans les puits de façon à assurer une liaison électrique entre certaines branches du composant et une face arrière conductrice. Ces techniques présentent toutes les deux des inconvénients. 30 Dans la première technique, le diamètre des piliers doit être suffisant pour assurer la soudure du pilier sur la couche du matériau conducteur, ce 3047385 3 qui implique un encombrement qui nuit à la conception globale de la carte électronique. En outre, le fait que les piliers de dissipation thermique soient soudés ou collés engendre une stratification de couches hétérogènes qui tend à 5 engendrer un phénomène de déperdition de flux thermique, se traduisant évidemment par une baisse d'efficacité des piliers. Dans l'autre technique consistant à réaliser des puits, il est nécessaire de prévoir des jeux entre les dimensions des piliers et celles du puits, ce qui engendre des contraintes dimensionnelles difficiles à gérer pour 10 l'implantation des composants. L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur. Plus précisément, l'invention a pour objectif de proposer une technique de dissipation thermique sous des composants électroniques 15 montés sur des circuits imprimés qui optimise le chemin thermique et supprime, ou à tout le moins limite, les contraintes d'encombrement induit par la mise en oeuvre des moyens de dissipation thermique. L'invention a également pour objectif de fournir une telle technique qui puisse être obtenue par un procédé de fabrication simple et 20 économiquement viable sur le plan industriel. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaitront par la suite, sont atteints grâce à l'invention, qui a pour objet une carte électronique présentant au moins un circuit imprimé et comprenant une semelle de matériau conducteur s'étendant entre une face de montage de composants 25 électroniques et une face arrière, la face de montage présentant au moins un pilier conducteur micrométrique étant destiné à porter au moins un composant électronique et étant apte à engendrer une dissipation thermique, caractérisée en ce que le ou les piliers conducteur micrométrique sont gravés dans la semelle de matériau conducteur pour former un ensemble 30 monolithique avec ladite semelle. Ainsi, grâce à l'invention, les composants de la carte électronique sont directement montés sur les piliers micrométriques de dissipation 3047385 4 thermique qui sont monolithiques avec la semelle du matériau conducteur et qui permettent donc un flux de dissipation thermique vers la face arrière de la semelle de façon optimale. En d'autres termes, il n'y a aucune jonction, que ce soit par collage 5 ou par soudage, et donc de changement de matériau entre le haut du pilier sur lequel le composant est reporté et la face arrière. On s'affranchit donc de cette façon de tout effet qui tendrait à limiter l'effet de dissipation thermique. En outre, comme cela va être expliqué plus en détails par la suite, une telle technique de dissipation thermique peut être obtenue par un 10 procédé viable économiquement à l'échelle industrielle. En tout état de cause, on évite la mise en oeuvre d'étapes successives complexes de mise en place et de fixation des piliers de dissipation thermique. Selon une solution préférentielle, la semelle est en cuivre. 15 Bien entendu, d'autres matériaux pourront être envisagés et mis en oeuvre dans d'autres modes de réalisation, tel que de l'aluminium par exemple. Selon une solution avantageuse, le ou les piliers conducteurs micrométriques sont entourés en étant espacés, d'un matériau diélectrique 20 constituant une partie de circuit électrique. On peut de cette façon optimiser la conception du circuit imprimé et donc la conception globale de la carte électronique. Dans ce cas, le matériau diélectrique et le ou les piliers conducteurs micrométriques présentent des surfaces supérieures coplanaires. 25 On peut de cette façon obtenir un ensemble constituant un tout homogène et solidaire. Selon un mode de réalisation particulier, les piliers conducteurs micrométriques présentent une hauteur de 300 pm. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une 30 carte électronique telle que décrite précédemment, caractérisé en ce que les piliers conducteurs micrométriques sont gravés dans la semelle par un procédé physico-chimique. 3047385 5 Un tel procédé s'avère particulièrement avantageux en termes de précisions de gravure de la couche de matériau conducteur, et particulièrement maîtrisé par les industriels de la fabrication de cartes électroniques. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une illustration schématique du principe général de 10 l'invention ; les figures 2 et 3 sont des vues partielles d'une carte électronique présentant un pilier de dissipation thermique obtenu selon l'invention, vues respectivement de côté et de dessus ; les figures 4 et 5 sont des vues d'une image externe d'une carte 15 électronique présentant un pilier de dissipation thermique obtenu selon l'invention, respectivement selon une vue de côté selon une vue du dessus. Tel qu'illustré par la figure 1, le principe de l'invention s'applique à une carte électronique présentant un circuit imprimé et comprenant une 20 semelle 1 de matériau conducteur, s'étendant entre une face de montage 10 de composants électroniques C, et une face arrière 11. Tel que cela apparait, la face de montage 10 présente au moins un pilier conducteur micrométrique 100 destiné à porter un composant électronique C, un tel pilier étant apte à engendrer un effet de dissipation 25 thermique. Contrairement à l'art antérieur dans lequel les piliers sont rapportés sur la surface de montage et fixés par soudage/collage, ou encore selon lequel les piliers sont insérés dans des puits, les piliers conducteurs micrométriques sont selon l'invention gravés dans la semelle 1 de matériau 30 conducteur et forment avec elle un ensemble monolithique. Ainsi, le composant C est monté directement sur le pilier conducteur micrométrique, celui-ci rejoignant directement la face arrière. 3047385 6 Le flux thermique illustré par les flèches F sur la figure 1 est optimal entre le haut du pilier et la face arrière, séparés par un milieu homogène constitué par la semelle de matériau conducteur. On note que la face arrière 11 peut être reliée à un sous-ensemble 5 mécanique. Le matériau conducteur de la semelle est, selon le présent mode de réalisation, du cuivre (étant rappelé que l'aluminium peut également être envisagé selon un autre mode de réalisation possible). A titre indicatif, la hauteur H du pilier est de 300 pm. 10 Les piliers conducteurs micrométriques sont avantageusement gravés directement dans la semelle par un procédé physico-chimique. Autour des piliers, des matériaux diélectriques en double face 2 et/ou des matériaux diélectriques en simple face 3 peuvent être rapportés et collés sur la semelle 1, à un niveau correspondant à la base des piliers conducteurs 15 micrométriques. Ces matériaux diélectriques pourront comprendre, de façon connue en soi, une couche supérieure en fibre de verre (tel que le matériau proposé par la firme Rogers Corporation sous la référence R04350B) et une couche inférieure en matériau pré-imprégné (tel que le matériau proposé par la firme 20 Rogers Corporation sous la référence R04450F), ceci avec au moins une couche de matériau conducteur. Ces matériaux diélectriques constituent une partie de circuit électrique du circuit imprimé de la carte électronique, destinée à gérer différents signaux du composant portés par le pilier conducteur 25 micrométrique et/ou des signaux de la fonction globale de la carte. On note que les matériaux diélectriques sont conçus et dimensionnés en hauteur de façon à présenter leur surface supérieure 20, 30 coplanaire avec la surface supérieure du pilier conducteur micrométrique 100, tel qu'illustré par les figures 2 et 3. 30 On note par ailleurs que la face arrière 11 de la semelle peut être laissée brute ou être gravée avec une image ou insérée dans un ensemble 3047385 7 multicouche. L'épaisseur de la semelle peut varier d'une centaine de microns à quelques millimètres. Les figures 4 et 5 illustrent schématiquement la possibilité de réaliser les piliers conducteurs micrométriques 100 selon l'invention de façon 5 indépendante du reste de l'image 4 du circuit imprimé, et donc de pouvoir faire cohabiter la technologie de dissipation avec le besoin de transmettre des signaux d'un point à un autre de la carte. Le procédé de fabrication d'une carte électronique selon l'invention peut comprendre notamment les étapes suivantes : 10 découpe de la semelle aux dimensions souhaitées ; perçage de mires dans la semelle ; préparation de surface ; impression directe d'un film sur la surface de montage de la semelle, le film procurant une topographie des piliers conducteurs 15 micrométriques ; gravure physico-chimique sur une hauteur de 300 pm et décapage du film sec ; gravure des matériaux diélectriques et assemblage des matériaux diélectriques par collage sur la semelle ; 20 sablage ; stabilisation ; stratification ; rectification et contrôle de l'épaisseur. 25 5 10 2. 15 3. 20 4. 25 5. 30 6. REVENDICATIONS1. Carte électronique présentant au moins un circuit imprimé et comprenant une semelle (1) de matériau conducteur s'étendant entre une face de montage (10) de composants électroniques et une face arrière (11), la face de montage présentant au moins un pilier conducteur micrométrique (100) étant destiné à porter au moins un composant électronique (C) et étant apte à engendrer une dissipation thermique, caractérisée en ce que le ou les piliers conducteurs micrométriques (100) sont gravés dans la semelle (1) de matériau conducteur pour former un ensemble monolithique avec ladite semelle (1). Carte électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la semelle (1) est en cuivre. Carte électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le ou les piliers conducteur micrométrique (100) sont entourés, en étant espacés, d'un matériau diélectrique (2), (3) constituant une partie de circuit électrique. Carte électronique selon la revendication 3, caractérisée en ce que le matériau diélectrique (2), (3) et le ou les piliers conducteurs micrométriques (100) présentent des surfaces supérieures (20), (30) coplanaires. Carte électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les piliers conducteurs micrométriques (100) présentent une hauteur de 300 pm. Procédé de fabrication d'une carte électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les piliers conducteurs 3047385 9 micrométriques (100) sont gravés dans la semelle par un procédé physico-chimique.5