Brevet FR3127097A1 — publié le 20230317

Procédé de fabrication d’un circuit électronique multicouche Procédé de fabrication d’un circuit électronique multicouche (80), le procédé comportant: a) la fourniture d’une plaque d’interconnexion (24) thermoplastique pourvue d’au moins deux trous (27) la traversant et de circuits imprimés (3,6) comportant chacun : - une plaque-support (18,34) thermoplastique, - deux plots électriquement conducteurs (21,36) portés par une face (15,33) de la plaque-support, et - une piste électriquement conductrice (12,30) imprimée sur ladite face et qui s’étend entre les plots électriquement conducteurs, b) l’agencement de la plaque d’interconnexion entre les circuits imprimés en disposant les plots électriquement conducteurs en regard les uns des autres au travers des trous correspondants, et c) le thermoformage de l’agencement formé à l’étape b) pour souder chacune des plaques-support avec la plaque d’interconnexion, les plots électriquement conducteurs en regard des circuits imprimés étant mis en contact au travers des trous correspondants à l’étape b) ou à l’étape c). Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de fabrication d’un circuit électronique multicouche La présente invention concerne la fabrication de circuits électroniques, en particulier présentant une forme tridimensionnelle complexe. Il est connu de fabriquer un circuit imprimé présentant une forme complémentaire de la forme de l’objet dans lequel il est destiné à être logé. A cette fin, des supports de circuit imprimé souple peuvent être utilisés, par exemple faits de polyimide ou de polyétheréthercétone, aussi dénommé PEEK, comme cela est décrit dans US 2003/0132192 A1. En variante, il est connu par exemple de WO 2020/043938 A1, de thermoformer un support thermoplastique revêtu d’un matériau électriquement conducteur formant un circuit électronique. Cependant, le procédé de thermoformage décrit dans ce document est inadapté à la fabrication de circuits imprimés de plus de deux niveaux de pistes électriquement conductrices. Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé de fabrication de circuits électroniques, notamment de forme complexe. L’invention propose un procédé de fabrication d’un circuit électronique multicouche, le procédé comportant: a) la fourniture d’une plaque d’interconnexion thermoplastique pourvue d’au moins deux trous la traversant de part en part dans son épaisseur et de premier et deuxième circuits imprimés comportant chacun : - une plaque-support thermoplastique, - deux plots électriquement conducteurs portés par une face de la plaque-support, et - une piste électriquement conductrice imprimée sur ladite face et qui s’étend, au moins en partie, entre les plots électriquement conducteurs, b) l’agencement de la plaque d’interconnexion entre les premier et deuxième circuits imprimés en disposant les plots électriquement conducteurs des premier et deuxième circuits imprimés en regard les uns des autres au travers des trous correspondants, et c) le thermoformage de l’agencement formé à l’étape b) pour souder chacune des plaques-support des premier et deuxième circuits imprimés avec la plaque d’interconnexion, les plots électriquement conducteurs en regard des premier et deuxième circuits imprimés étant mis en contact au travers des trous correspondants à l’étape b) ou à l’étape c). Le procédé selon l’invention connecte électriquement les premier et deuxième circuits imprimés de manière sélective. La connexion électrique est ainsi effectuée en alignant, selon les axes des trous de la plaque d’interconnexion, les plots électriquement conducteurs du premier circuit imprimé, les plots électriquement conducteurs du deuxième circuit imprimé et les trous correspondants. Ainsi, la distance entre les plots électriquement conducteurs du premier circuit imprimé, la distance entre les plots électriquement conducteurs du deuxième circuit imprimé et la distance entre les trous sont égales. De cette façon, les portions des premier et deuxième circuits imprimés non superposées aux trous sont isolées électriquement par la plaque d’interconnexion. Le procédé permet ainsi la réalisation de schémas électriques complexes dans lesquels les pistes électriquement conductrices se croisent, lorsqu’observées selon un axe normal à la plaque d’interconnexion, dans le volume du circuit électronique sans être en contact électriquement. De préférence, afin d’assurer une fusion optimale entre la plaque d’interconnexion et les plaques-support, la plus grande différence, en valeur absolue, entre les températures de transition vitreuse des matériaux constitutifs de la plaque-support du premier circuit imprimé, de la plaque support du deuxième circuit imprimé et de la plaque d’interconnexion, est inférieure à 10 °C. Les températures de transition vitreuse sont mesurées selon la norme ASTM E1356. Les plaques-support des premier et deuxième circuits imprimés et/ou la plaque d’interconnexion peuvent être en un matériau choisi parmi les matériaux thermoplastiques, notamment parmi le polycarbonate (PC), le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène haute densité (PEHD), le polychlorure de vinyle (PVC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), l’acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et leurs mélanges. Les plaques-support des premier et deuxième circuits imprimés peuvent être faites du même matériau, notamment lorsqu’elles sont revêtues d’une même encre. Elles peuvent être en des matériaux différents, par exemple lorsqu’elles sont destinées à être imprimées d’encres différentes présentant des viscosités et/ou mouillabilités spécifiques. Les plaques-support des premier et deuxième circuits imprimés et/ou la plaque d’interconnexion peuvent présenter une épaisseur comprise entre 10 µm et 5 millimètres, par exemple d’environ 100 µm. Le premier circuit imprimé et/ou le deuxième circuit imprimé peuvent comporter une piste électriquement conductrice supplémentaire, non superposée aux trous et qui est portée par la même face que la piste électriquement conductrice et isolée électriquement de la piste électriquement conductrice. Le procédé peut comporter l’impression d’une encre conductrice pour former la piste électriquement conductrice et le dépôt d’une substance électriquement conductrice pour former les plots électriquement conducteurs. L’impression de l’encre conductrice peut être effectuée en utilisant une technique de dépôt en voie humide, de préférence par sérigraphie. L’encre conductrice peut comporter un solvant et des particules d’un métal, de préférence d’argent, en solution dans le solvant présentant une taille pouvant être comprise entre 10 nm et 10 µm, de préférence d’environ 500 nm. La taille d’une particule peut être mesurée par granulométrie laser. Le solvant est choisi pour son inertie chimique vis-à-vis de la plaque support sur laquelle l’encre est déposée. Par exemple, le terpinéol est un solvant chimiquement inerte vis-à-vis du polycarbonate. L’encre conductrice peut comporter un composé thermoplastique choisi parmi le polyuréthane, une résine époxy et leurs mélanges. De préférence, l’encre conductrice présente après séchage un taux d’élongation supérieur à 50 % selon la norme NF EN ISO527-1. Par exemple, l’encre conductrice peut être l’encre ME603 commercialisée par la société DUPONT®, l’encre BECTRON CP6680 commercialisée par la société ELANTAS® ou encore la DM-SIP-1005 de DYCOTEC Materials®. La substance électriquement conductrice peut être identique à l’encre électriquement conductrice pour imprimer la piste électriquement conductrice. En variante, la substance électriquement conductrice est une colle. Les quantités de substance déposées sur les faces en regard des plaques-support des premier et deuxième circuit imprimés sont adaptées en fonction des dimensions du trou pour qu’en fin d’étape c), la connexion électrique soit établie entre les premier et deuxième circuits imprimés. De préférence, le rapport du volume de la substance électriquement conductrice pour former un des plots électriquement conducteurs sur le volume occupé par un trou est compris entre 0,15 et 0,35. De cette façon, un contact optimal est assuré entre les premier et deuxième circuits imprimés pour les mettre électriquement en contact au travers du trou correspondant, tout en évitant que la substance ne soit en excès dans le trou. A l’étape a), pour chacun des circuits imprimés, les plots et la piste électriquement conductrice sont en contact. De préférence, les plots sont disposés sur la piste électriquement conductrice. En particulier, la piste électriquement conductrice peut être imprimée sur la plaque support et les plots sont formés sur et au contact de ladite piste. Le plot forme de préférence une surépaisseur qui fait saillie de la piste électriquement conductrice, lorsqu’observé selon axe compris dans le plan médian de la plaque-support. Un recuit peut être mis en œuvre, postérieurement au dépôt de la piste électriquement conductrice et des plots électriquement conducteurs, afin d’évaporer les solvants. De préférence, le recuit est opéré à une température inférieure à la température de transition vitreuse du matériau constitutif de la plaque-support. La mise en contact des premier et deuxième circuits intégrés peut s’opérer à l’étape b) par écoulement de la substance sous l’effet de la température lors du thermoformage. La somme des épaisseurs des plots en regard peut être supérieure ou égale à la hauteur du trou correspondant, de préférence dans le mode de mise en œuvre selon lequel les plots électriquement conducteurs en regard des premier et deuxième circuits imprimés sont mis en contact au travers des trous correspondants à l’étape b). De préférence, les plots électriquement conducteurs en regard des premier et deuxième circuits imprimés sont mis en contact au travers des trous correspondants à l’étape c) sous l’effet de la pression de thermoformage qui augmente la surface de contact entre les plots électriquement conducteurs et les pistes électriquement conductrices. En ce qui concerne les trous de la plaque d’interconnexion, ils présentent de préférence une paroi latérale cylindre, de préférence de révolution. Le diamètre de chaque trou peut être compris entre 100 µm et 5 millimètres. Le rapport entre le diamètre de chaque trou sur l’épaisseur de la plaque d’interconnexion peut être compris entre 0,1 et 100. Les trous peuvent être percés au moyen d’un laser, ce qui permet d’assurer l’obtention de trous de forme régulière et de diamètre identique. La plaque-support du premier circuit imprimé et/ou la plaque-support du deuxième circuit imprimé et/ou la plaque d’interconnexion peuvent être revêtues de mires d’alignement. Les mires d’alignement peuvent être déposées par sérigraphie lors de l’étape d’impression des motifs de l’encre conductrice. Par ailleurs, le procédé peut comporter le dépôt d’un composant électronique, par exemple une diode, une résistance ou un transistor, sur la piste électriquement conductrice du premier circuit imprimé et/ou la piste électriquement conductrice du deuxième circuit imprimé. De préférence, le composant électronique est entièrement pris en sandwich entre le circuit intégré sur lequel il est déposé et la plaque d’interconnexion. Le composant électronique est ainsi intégralement immergé entre le circuit intégré et la plaque d’interconnexion à l’issue de l’étape c). Il est ainsi avantageusement protégé, et le procédé peut ainsi s’affranchir d’une étape d’application d’un vernis de protection sur le composant électronique. De préférence, l’autre face de la plaque support du deuxième circuit imprimé, qui est opposée au premier circuit imprimé, porte une piste électriquement conductrice additionnelle qui s’étend au moins en partie entre deux plots électriquement conducteurs, l’étape a) comportant en outre la fourniture d’une plaque d’interconnexion additionnelle pourvue de trous la traversant de part en part dans son épaisseur et d’un troisième circuit imprimé comportant - une plaque-support, - deux plots électriquement conducteurs portés par une face de la plaque-support, et - une piste électriquement conductrice imprimée sur ladite face et qui s’étend, au moins en partie, entre les plots électriquement conducteurs, l’étape b) comportant en outre l’agencement de la plaque d’interconnexion additionnelle entre les deuxième et troisième circuits imprimés en disposant les plots électriquement conducteurs portés par l’autre face du support du deuxième circuit imprimé et les plots électriquement conducteurs du troisième circuit imprimé en regard les uns des autres au travers des trous correspondants de la plaque d’interconnexion additionnelle, le thermoformage de l’assemblage à l’étape c) étant opéré pour, en outre, souder chacune des plaques-support des deuxième et troisième circuits imprimés avec la plaque d’interconnexion, les plots électriquement conducteurs portés par l’autre face du support du deuxième circuit imprimé et les plots électriquement conducteurs du troisième circuit imprimé étant mis en contact électrique au travers des trous correspondants de la plaque d’interconnexion additionnelle à l’étape b) ou à l’étape c). De préférence, le thermoformage comporte la compression de l’agencement sur une contre-forme présentant au moins une zone en relief et/ou une zone en creux. Un circuit électronique présentant une forme 3D complexe, par exemple présentant différentes courbures autour d’axes différents, peut être obtenue. Le thermoformage peut être mis en œuvre à une température comprise entre T g max + 20°C et T g max - 20 °C, T g max étant la température de transition vitreuse la plus élevée des matériaux constitutifs des plaques support des premier et deuxième circuits imprimés et de la plaque d’interconnexion. Par exemple, lorsque les plaques-support et le support d’interconnexion sont en polycarbonate, le thermoformage est de préférence opéré entre 140 °C et 180 °C. La pression de thermoformage peut être comprise entre 2 MPa et 12 MPa. Enfin, le circuit électronique multicouche est par exemple choisi parmi un élément d’un tableau de bord d’un véhicule automobile, un élément, par exemple une coque, d’un téléphone portable, un élément d’un ordinateur, notamment portable. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description détaillée qui va suivre et à la lecture du dessin annexé dans lequel : représente de manière schématique et en éclaté les constituants d’un circuit électronique fabriqué par le procédé selon l’invention, et représente schématiquement un exemple de mise en œuvre des étapes d’agencement et de thermoformage du procédé, les constituants du circuit intégré étant représentés en coupe transversale. La mise en œuvre du procédé selon l’invention requiert la fourniture ou la production d’au moins deux circuits imprimés. Dans l’exemple illustré sur la , on dispose de premier 3, deuxième 6 et troisième 9 circuits imprimés. Bien évidemment, ce nombre de circuits imprimés n’est pas limitatif. Dans l’exemple illustré, les constituants suivants sont utilisés : - plaques en polycarbonate 8010 #n commercialisé par la société LEXAN® d’une épaisseur e égale à 100 µm, - encre conductrice à base d’argent ME603 commercialisée par la société DUPONT®, - colle conductrice à base d’argent LT2216 commercialisée par la société DETO®, et - colle conductrice à base d’argent IC343 commercialisée par la société DETO®. Une piste électriquement conductrice 12 est formée en imprimant l’encre conductrice par sérigraphie, sur une face 15 d’une des plaques en polycarbonate, qui est ainsi une plaque-support 18 du premier circuit imprimé 3. Des plots électriquement conducteurs 21 sont formés sur cette face 15 en déposant la colle LT2216 sur la piste électriquement conductrice 12. Un recuit à une température est ensuite opéré à une température entre 80 °C et 130 °C pour lier la piste et les plots à la plaque-support et former le premier circuit imprimé 3. Un composant électronique 22 est ensuite collé sur la piste électriquement conductrice 12 au moyen de la colle IC343 Une plaque d’interconnexion 24 est ensuite formée en perçant une autre des plaques en polycarbonate de part en part dans son épaisseur au moyen d’un faisceau laser. La distance entre les trous 27 ainsi ménagée dans la plaque est égale à la distance d entre les plots sur la face. Les trous présentent un diamètre ϕ par exemple d’environ 100 µm. La plaque d’interconnexion 24 est ensuite agencée sur la face 15 du premier circuit imprimé en superposant les trous 27 avec les plots 21. Une piste électriquement conductrice 30 est ensuite formée en imprimant l’encre conductrice par sérigraphie, sur une face 33 d’une des plaques en polycarbonate, qui est ainsi une plaque-support 34 du deuxième circuit imprimé 6. Par souci de clarté, la piste 30 est représentée en traits interrompus. La face 33 est en regard de la face 15 du premier circuit imprimé. Des plots électriquement conducteurs 36 sont formés sur cette face 33 en déposant la colle LT2216 sur la piste électriquement conductrice 30. La distance entre les plots 36 est égale à la distance entre les plots 21 du premier circuit intégré 3 et entre les trous 30 de la plaque d’interconnexion 24. Par ailleurs, une piste électriquement conductrice additionnelle 42 et des plots électriquement conducteurs additionnels 45 sont formés d’une manière identique sur la face 45 de la plaque-support 34 qui est opposée à la face 33. Un recuit à une température est ensuite opéré à une température entre 80 °C et 130 °C. Un autre composant électronique 39 est ensuite collé sur la piste électriquement conductrice 30 au moyen de la colle IC343. Les plots électriquement conducteurs 51 sur la face 33 du deuxième circuit intégré sont ensuite disposés en regard des plots électriquement conducteurs 21 sur la face 15 du premier circuit intégré 3 à travers les trous 27. Ainsi, les plots électriquement conducteurs 33, 36 et les trous 27 correspondants sont alignés le long d’un même axe X, comme illustré sur la . Une plaque d’interconnexion additionnelle 48 est ensuite formée en perçant une des plaques en polycarbonate de part en part dans son épaisseur au moyen d’un faisceau laser. La distance entre les trous 51 ainsi ménagés dans la plaque est égale à la distance d’entre les plots sur la face 45 de la plaque support 34. Une piste électriquement conductrice 54, représentée en traits interrompus, est ensuite formée en imprimant l’encre conductrice par sérigraphie, sur une face 57 d’une des plaques en polycarbonate, qui est ainsi une plaque-support 60 du troisième circuit imprimé 9. Des plots 63 électriquement conducteurs sont formés sur cette face 57 en déposant la colle LT2216 sur la piste électriquement conductrice 54. La distance entre les plots 63 est égale à la distance entre les plots 42 du deuxième circuit intégré 6 et entre les trous 51 de la plaque d’interconnexion additionnelle 48. Les plots électriquement conducteurs 63 situés sur la face 57 du troisième circuit intégré sont ensuite disposés en regard des plots électriquement conducteurs 42 situés sur la face 45 du deuxième circuit intégré 6 à travers les trous 57 de la plaque d’interconnexion additionnelle. Ainsi, les plots électriquement conducteurs 63, 42 et les trous 51 correspondant sont alignés le long d’un même axe Y. Bien évidemment, comme le schéma électrique du circuit électronique est connu préalablement à la préparation des circuits imprimés et des plaques d’interconnexion, ces derniers peuvent être préparés dans un ordre différent de celui présenté ci-dessus. Par exemple, les circuits imprimés sont d’abord formés puis les plaques d’interconnexion sont percées. L’agencement 70 ainsi formé est ensuite placé dans un moule, dont la température est de 130 °C. Il est ainsi thermoformé, comme indiqué par la flèche T, sous une pression de 8 MPa d’air à une température de 200 °C, si bien que la température de l’agencement est d’environ 160 °C. Comme illustré sur la , le thermoformage soude les plaques d’interconnexion aux circuits imprimés et une connexion électrique est établie entre les circuits intégrés par des point d’encre électriquement conductrice formés dans les trous. Un circuit électronique 80 multicouche tel que représenté sur la est ainsi obtenu. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à l’exemple décrit ci-dessus à titre illustratif et non limitatif. Procédé de fabrication d’un circuit électronique multicouche (80), le procédé comportant: a) la fourniture d’une plaque d’interconnexion (24) thermoplastique pourvue d’au moins deux trous (27) la traversant de part en part dans son épaisseur et de premier (3) et deuxième (6) circuits imprimés comportant chacun : - une plaque-support (18,34) thermoplastique, - deux plots électriquement conducteurs (21,36) portés par une face (15,33) de la plaque-support, et - une piste électriquement conductrice (12,30) imprimée sur ladite face et qui s’étend, au moins en partie, entre les plots électriquement conducteurs, b) l’agencement de la plaque d’interconnexion entre les premier et deuxième circuits imprimés en disposant les plots électriquement conducteurs des premier et deuxième circuits imprimés en regard les uns des autres au travers des trous correspondants, et c) le thermoformage de l’agencement formé à l’étape b) pour souder chacune des plaques-support des premier et deuxième circuits imprimés avec la plaque d’interconnexion, les plots électriquement conducteurs en regard des premier et deuxième circuits imprimés étant mis en contact au travers des trous correspondants à l’étape b) ou à l’étape c). Procédé selon la revendication 1, le thermoformage comportant la compression de l’agencement sur une contre-forme présentant au moins une zone en relief et/ou une zone en creux. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, les températures de transition vitreuses des matériaux constitutifs de la plaque-support du premier circuit imprimé, de la plaque support du deuxième circuit imprimé et de la plaque d’interconnexion, étant inférieure à 10 °C. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant l’impression, de préférence par sérigraphie, d’une encre pour former la piste électriquement conductrice et le dépôt d’une substance électriquement conductrice pour former les plots électriquement conducteurs. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rapport du volume de la substance pour former un des plots électriquement conducteurs sur le volume occupé par un trou étant compris entre 0,15 et 0,35. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, la plaque-support du premier circuit imprimé et/ou la plaque-support du deuxième circuit imprimé et/ou la plaque d’interconnexion étant revêtue d’une mire d’alignement. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant le perçage des trous au moyen d’un laser. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant le dépôt d’un composant électronique (22,39), par exemple une diode, une résistance ou un transistor, sur la piste électriquement conductrice du premier circuit imprimé et/ou la piste électriquement conductrice du deuxième circuit imprimé. Procédé selon la revendication précédente, le composant électronique étant entièrement pris en sandwich entre le circuit intégré sur lequel il est déposé et la plaque d’interconnexion. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’autre face (45) de la plaque support du deuxième circuit imprimé, qui est opposée au premier circuit imprimé (3), portant une piste électriquement conductrice additionnelle (42) qui s’étend au moins en partie entre deux plots électriquement conducteurs, l’étape a) comportant en outre la fourniture d’une plaque d’interconnexion additionnelle (48) pourvue de trous la traversant de part en part et d’un troisième circuit imprimé (9) comportant - une plaque-support (60), - deux plots électriquement conducteurs (63) portés par une face (57) de la plaque-support, et - une piste électriquement conductrice (54) imprimée sur ladite face et qui s’étend, au moins en partie, entre les plots électriquement conducteurs, l’étape b) comportant en outre l’agencement de la plaque d’interconnexion additionnelle entre les deuxième et troisième circuits imprimés en disposant les plots électriquement conducteurs portés par l’autre face du support du deuxième circuit imprimé et les plots électriquement conducteurs du troisième circuit imprimé en regard les uns des autres au travers des trous correspondants de la plaque d’interconnexion additionnelle, le thermoformage de l’assemblage à l’étape c) étant opéré pour, en outre, souder chacune des plaques-support des deuxième et troisième circuits imprimés avec la plaque d’interconnexion, les plots électriquement conducteurs portés par l’autre face du support du deuxième circuit imprimé et les plots électriquement conducteurs du troisième circuit imprimé étant mis en contact électrique au travers des trous correspondants de la plaque d’interconnexion additionnelle à l’étape b) ou à l’étape c). Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit électronique multicouche étant choisi parmi un élément d’un tableau de bord d’un véhicule automobile, un élément, par exemple une coque, d’un téléphone portable, un élément d’un ordinateur, notamment portable.