Brevet FR3152942A1 — publié le 20250314

L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un circuit imprimé. Le procédé comporte les étapes suivantes : - fourniture (401) d’au moins une fiche métallique dans un moule d’injection, le moule ayant une forme définissant un substrat dudit circuit imprimé, ladite fiche étant en contact à deux de ses extrémités avec le moule de sorte à dépasser de chaque côté dudit substrat, - moulage par injection (402) de plastique dans ledit moule, - impression (404) d’un circuit électrique sur une face du substrat, - placement (405) de composants électroniques sur la face imprimée du substrat au niveau d’au moins une zone plane, - connexion des composants (406). L’invention se rapporte également au circuit imprimé ainsi obtenu ainsi qu’à son utilisation dans un dispositif d’éclairage d’un véhicule. Figure 4 Procédé de fabrication d’un circuit imprimé en relief, circuit imprimé en relief et dispositif d’éclairage de véhicule. L’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un circuit imprimé en relief, au circuit imprimé en relief et à un dispositif d’éclairage de véhicule. Les dispositif d’éclairage de véhicule à diode électroluminescentes (LEDs) sont actuellement composés d’un boîtier comportant des optiques de focalisation de lumière et enserrant un ou plusieurs circuits imprimés ou PCB (de l’anglais Printed Circuit Board) comportant des LEDs ainsi qu’un circuit imprimé supportant un microcontrôleur communiquant avec un bus CAN (de l’anglais Controller Area Network) permettant de recevoir des commandes d’allumage de feux ou de fonctions, tels que des feux de route, des feux de croisements, ou feux de marche arrière, ou feux stop, etc.... Une telle structure nécessite la fabrication de plusieurs éléments qui doivent être assemblés et reliés électriquement entre eux par des fils électriques. La fabrication et le recyclage de ces dispositifs d’éclairage de véhicule nécessitent une réduction du nombre d’éléments et des matériaux utilisés. L’invention vise à réduire le nombre d’éléments constituant un dispositif d’éclairage du véhicule en réalisant un unique circuit imprimé dont le substrat assure également la fonction de partie du boîtier du dispositif d’éclairage de véhicule. Un tel circuit imprimé réduit le nombre d’éléments à assembler et de matériaux utilisés, en outre la connectique interne du dispositif d’éclairage de véhicule est supprimée. En outre, un élément de connexion externe est directement intégré dans le substrat du circuit imprimé. Plus particulièrement, l’invention est un procédé de fabrication d’un circuit imprimé en relief. Le procédé comporte les étapes suivantes : - fourniture d’au moins une fiche métallique dans un moule d’injection, le moule ayant une forme définissant le substrat, ladite fiche étant en contact à deux de ses extrémités avec le moule de sorte à dépasser de chaque côté dudit substrat, - moulage par injection de plastique dans ledit moule, - impression d’un circuit électrique sur une face du substrat, - placement de composants électroniques sur la face imprimée du substrat au niveau d’au moins une zone plane, - connexion des composants. Pour assurer une meilleure résistance à l’arrachement, la fiche métallique peut comprendre une collerette de retenue faisant saillie par rapport à ladite fiche, ladite collerette étant placée sur une zone de la fiche qui est entièrement recouverte de plastique lors du moulage. Pour assurer une meilleure résistance à une rotation, l’une des extrémités de la fiche métallique peut comporter une tête aplatie qui est affleurante sur la face imprimée du substrat, l’impression du circuit électrique recouvrant ladite tête aplatie. Suivant différents choix d’un homme du métier, l’impression peut être réalisée par dépôt d’une encre ou d’une peinture métallique, ou par pulvérisation métallique électrostatique ou thermique. Selon une variante, après moulage, la face d’impression du substrat peut être entièrement plane en sortant du moule, l’impression se faisant par sérigraphie à l’aide d’une peinture métallique, et le substrat étant déformé par emboutissage à chaud après l’impression. Selon un autre point de vue, l’invention est un circuit imprimé en relief comprenant un substrat disposant d’une face sur laquelle est imprimé un circuit électrique. Le circuit imprimé comporte au moins une fiche métallique traversant ledit substrat, ledit substrat ayant été obtenu par moulage d’un plastique avec ladite fiche placée en insert. Le substrat est de forme quelconque et la face imprimée comporte au moins une zone plane sur laquelle est placé au moins un composant électronique Et enfin, l’invention est aussi relative à un dispositif d’éclairage de véhicule comportant un boîtier enserrant au moins un circuit électronique comprenant au moins une source lumineuse de type diode électroluminescente et des moyens optiques. Ledit boîtier comprend au moins des première et deuxième parties externes, la première partie étant destinée à être tournée vers le véhicule, et la deuxième partie étant destinée à être tournée vers l’extérieur du véhicule et étant au moins partiellement transparente ou translucide pour permettre une émission de lumière. La première partie constitue le substrat d’un circuit imprimé conforme à l’invention, dont la face imprimée est placée à l’intérieur dudit boîtier, l’extrémité de la fiche métallique dépassant à l’extérieur du boîtier formant un élément de connexion. Préférentiellement, le substrat peut comporter, sur la face opposée à la face imprimée, une saillie autour de l’au moins une fiche métallique, ladite saillie et l’au moins une fiche métallique formant un connecteur. Selon un mode de réalisation, le circuit imprimé peut comporter une pluralité de surfaces planes localisées en face de moyens optiques de focalisation, chaque surface plane recevant au moins une source lumineuse telle qu’une diode électroluminescente FIG. 1 situe l’invention sur un véhicule, FIG. 2 montre un exemple de dispositif d’éclairage selon l’invention, FIG. 3 montre un détail de la FIG. 2 FIG. 4 montre un organigramme de fabrication d’un circuit imprimé selon l’invention, FIG. 5 montre une variante de la FIG. 3 , FIG. 6 montre une variante de fabrication de d’un circuit imprimé selon l’invention. Description détaillée Dans un but de clarté et de compréhension, les figures annexées ne sont pas représentées à l’échelle. En effet, les rapports de dimension existants entre certains éléments ne permettent pas la réalisation de schémas compréhensibles si ceux-ci sont réalisés en gardant un rapport de dimension proche de la réalité. En outre, certains éléments ne portant pas sur le cœur de l’invention ont également été omis afin d’éviter des surcharges inutiles de détails sur les dessins. Avant de décrire l’invention, il convient de la ramener dans son contexte. La FIG. 1 montre l’arrière d’un véhicule 1. Un tel véhicule 1 comporte deux dispositifs d’éclairages 10 destinés à effectuer des fonctionnalités de signalisation telles que des feux de positions, des feux stops, des clignotants, éventuellement au moins un feu de recul et des feux de brouillard. Dans le dispositif d’éclairage à source de lumière de type LEDs, un tel dispositif d’éclairage dispose d’un connecteur pour être relié au bus CAN du véhicule et recevoir des messages contenant des commandes d’allumage et d’extinction. Chaque dispositif d’éclairage 10 comprend un microcontrôleur relié au connecteur pour interpréter les commandes reçues par le bus CAN et envoyer des commandes spécifiques à un ou plusieurs circuits de pilotage de LEDs pour allumer ou éteindre des LEDs placées en regard de dispositifs optiques de focalisation et de diffusion. La FIG. 2 représente un dispositif d'éclairage 10 en coupe selon l’axe A-A représenté sur la FIG. 1 . Le dispositif d'éclairage 10 comporte un boîtier disposant de première et deuxième parties externes 100 et 200. La première partie externe 100 est tournée vers l’intérieur du véhicule et est munie de moyens de fixation non représentés destinés à fixer le dispositif d'éclairage 10 au véhicule. La deuxième partie externe 200 est tournée vers l’extérieur du véhicule et est au moins partiellement transparente ou translucide pour permettre une émission de lumière à travers elle. Les première et deuxième parties 100 et 200 sont fixées entre elles, par exemple à l’aide vis (non représentées) et forment un boîtier fermé. Le boîtier peut être étanchéifié à l’aide d’un joint (non représenté) placé à la jonction entre les première et deuxième parties 100 et 200. Le nombre de parties constituant le boîtier peut être plus important, les première et deuxième parties pouvant toutes deux être fixées sur une troisième partie intermédiaire. L’important pour l’invention est que la première partie 100 constitue un substrat 100 de circuit imprimé de forme quelconque mais comprenant des zones planes 110 pour recevoir des composants électroniques, tels qu’un microcontrôleur 120 et des LEDs 130. Les LEDs étant directement placées sur la première partie 100 du boîtier, cela permet en outre d’avoir un dispositif d’éclairage 10 plus compact. Un ensemble 300 de réflecteurs peut être maintenu entre les première et la deuxième parties 100 et 200. Chaque réflecteur de l’ensemble est placé en face des surfaces plane et notamment de chaque LED afin de focaliser la lumière émise par les LEDs sur des lentilles de Fresnel 210 gravées sur une surface interne de la deuxième partie 200 qui diffusent la lumière plus largement à l’extérieur du boîtier. De nombreuses variantes sont possibles et le nombre d’éléments optiques peut être différents ainsi que leurs formes. Le boîtier étant fermé, la connexion du dispositif d’éclairage 10 avec le bus CAN est réalisée par au moins une fiche métallique 140 traversant la première partie et dépassant à l’extérieur du boîtier afin de former un élément de connexion extérieur. A cet effet, la fiche métallique est longiligne, de section circulaire ou rectangulaire suivant le type de connecteur femelle que l’on souhaite utiliser pour coopérer avec cette dernière. La première partie 100 peut également comporter une saillie 150 entourant la ou les fiches 140 pour former un connecteur. Afin de détailler un peu plus la réalisation du circuit imprimé constituant la première partie, la FIG. 3 détaille la zone B cerclée sur la FIG. 2 en se limitant à la première partie 100 du boîtier. La FIG. 3 ayant pour but également de détailler la fabrication du circuit imprimé, la FIG. 3 sera détaillée conjointement avec l’organigramme de la FIG. 4 qui détaille l’enchaînement des étapes de fabrication. La première étape 401 de fabrication consiste à fournir la ou les fiches métalliques 140 dans un moule d’injection. A titre d’exemple, le moule peut avoir la forme définitive de la première partie du boîtier 100. Bien que la forme de la première partie 100 puisse être quelconque, il convient de réaliser des zones planes 110 aux endroits qui devront recevoir les composants électroniques. Chaque zone plane 110 doit être d’une taille au moins légèrement supérieure au composant qui y sera placé pour pouvoir assurer un placement correct et réaliser des soudures ou brasures. Afin que la fiche métallique 140 puisse être électriquement utilisable, ses deux extrémités doivent être en contact avec le moule afin de saillir de part et d’autre de la première partie 100. La fiche métallique 140 étant destinée à recevoir un connecteur femelle, cette dernière reçoit un effort axial qui risque de la faire glisser à l’intérieur de la première partie si trop d’effort est exercé. Afin d’éviter un glissement, il convient soit d’avoir une épaisseur de la première partie 100 suffisamment importante pour assurer une bonne adhésion, soit d’utiliser une fiche métallique 140 qui comprend une collerette de retenue 160 faisant saillie par rapport à ladite fiche. La collerette de retenue 160 est placée sur une zone du corps de la fiche métallique 140 qui est entièrement recouverte de matériau lors du moulage et empêche tout glissement de ladite fiche 140. Une fois les fiches métalliques 140 placées dans le moule, le matériau formant le corps de la première partie 100 et également faisant substrat 100 pour le circuit imprimé est injecté dans le moule. Le matériau injecté dans le moule est un plastique présentant des caractéristiques diélectriques lui permettant d’assurer la fonction de substrat d’un circuit imprimé tout en ayant des caractéristiques mécaniques compatibles avec la fonction de boîtier. En outre, le plastique doit avoir une température de fusion suffisamment élevée pour supporter les étapes de fabrication qui suivent. A titre d’exemple, pour certains choix des étapes suivantes, une température de fusion supérieure à 120°C peut suffire. De manière préférentielle mais non limitative le plastique peut être choisi parmi : de l’acide polylactique, du polycarbonate, du polytéréphtalate d’éthylène, du polyméthacrylate de méthyle, du polyétheréthercétone. L’acide polylactique, connu sous l’acronyme PLA (de l’anglais PolyLactic Acid) présente l’avantage d’être un matériau biodégradable de manière industrielle. Les caractéristiques mécaniques et diélectriques du PLA lui permettent de remplir les fonctions de substrat de circuit imprimé et de boîtier et sa température de fusion est de 185°C sous sa forme cristallisée. Le polycarbonate, connu sous l’acronyme PC, est déjà largement utilisé dans l’industrie automobile et présente des caractéristiques diélectriques compatibles avec la fonction de substrat de circuit imprimé et sa température de fusion est de 230°C. Il en est de même pour polytéréphtalate d’éthylène ou PET dont la température de fusion est de 255°C, le polyméthacrylate de méthyle ou PMMA dont la température de fusion est de 180°C. Le polyétheréthercétone ou PEEK, plus cher que les autres plastiques évoqués, présente une température de fusion supérieure à 340°C avec de bonnes caractéristiques mécaniques et diélectriques. Après l’injection de plastique, le moule est refroidi et la première partie 100, munie des fiches métalliques 140, est sortie du moule dans une étape 403. Vient ensuite une étape d’impression 404 de pistes conductrices pour former un circuit électrique 170 sur la face du substrat 100 correspondant à l’intérieur du boîtier. Plusieurs techniques d’impression peuvent être utilisées pour l’étape 404 en fonction des plastiques choisis et des courants plus ou moins importants qui doivent circuler dans le circuit électrique 170. Une impression par jet d’encre conductrice ou une pulvérisation localisée de peinture métallique permet d’avoir une impression basse température. Cependant, la faible conductivité des encres et peinture nécessite d’avoir des pistes relativement épaisses. Épaissir les pistes nécessite d’effectuer plusieurs impressions successives des pistes conductrices, l’encre ou la peinture devant sécher entre chaque impression. Obtenir une épaisseur suffisante pour un courant important de l’ordre de l’ampère peut être relativement long. L’impression peut également être réalisée en utilisant une pulvérisation électrostatique ou thermique de métal en fines particules. Cependant, ces procédés de pulvérisation métallique nécessitent l’utilisation d’un plastique dont la température de fusion est supérieure à la température de pulvérisation. La pulvérisation peut atteindre des températures de l’ordre de 200°C. La pulvérisation peut se faire à travers un masque qui définit les pistes conductrices du circuit imprimé. Toutefois, il est préférable d’utiliser une buse fine permettant un dépôt sur une surface correspondant à une largeur de piste conductrice. L’impression des pistes conductrices étant réalisée, une étape 405 de placement des composants est ensuite réalisée. L’étape 405 de placement des composants peut être réalisée de manière automatisée en utilisant un plateau mobile pour soutenir la première partie 100 lors du placement de sorte à placer à l’horizontale chaque zone plane pour recevoir un composant électronique 120 ou 130 à placer. Pour maintenir le composant 120 ou 130 en attendant que celui-ci soit soudé, une goutte de colle 180 peut être déposée avant le placement du composant 120 ou 130 par une machine de placement. Après le placement des composants, une étape 406 de connexion des composants est réalisée par soudure ou brasure. Suivant la technique de soudure ou brasure utilisée, l’étape 406 est réalisée après de le placement de la totalité des composants ou après le placement de chaque composant. Une technique de soudure ou brasure consiste à placer des points de colle conductrice à base d’argent. Des gouttes de colle conductrice peuvent être déposée à l’aide d’une aiguille creuse au niveau des contacts de chacun des composant120 et 130 pour former une soudure ou brasure 190 avec l’une des pistes conductrices d’u circuit électrique 170. Une telle technique peut être réalisée lors du placement de chaque composant 120 ou 130. Il est à noter que l’utilisation de colle conductrice assurant les soudures ou brasures 190 peut rendre inutile l’utilisation des gouttes de colle 180 qui assurent le maintien en position des composants 120 et 130 si la colle conductrice a un temps de séchage rapide et ne nécessite pas d’être polymérisée. Une autre technique de soudure ou brasure consiste à réaliser un soudage par laser. Cette technique utilise un fil de soudure très fin, le laser assurant un chauffage très localisé qui peut dépasser la température de fusion du substrat 100 mais sur une surface extrêmement réduite et pendant un temps très bref, ce qui n’endommage pas le substrat 100. L’homme du métier pourra adapter les différentes étapes du procédé ainsi décrit en fonction du matériau choisi pour le substrat 100. L’homme du métier remarquera que le contact électrique entre la fiche métallique 140 et la piste conductrice est relativement faible sur la FIG. 3 . Pour renforcer la conduction, il est possible de réaliser une soudure ou brasure au niveau de la piste conductrice. Toutefois, il est également possible d’utiliser une fiche métallique 140 comportant une tête aplatie 145 sur l’extrémité débouchant du côté de la face imprimée du substrat 100, comme montré sur la FIG. 5 . Ainsi, la tête aplatie 145 est placée de sorte à être affleurante, voire légèrement saillante par rapport au substrat 100 et peut être entièrement recouverte par une piste conductrice du circuit électrique 170, ce qui permet d’avoir une surface de contact égale à la surface de la tête aplatie 145. La forme de la tête aplatie 145 peut être ronde, cependant une forme rectangulaire ou en étoile permet de renforcer un blocage en rotation de la fiche lorsque celle-ci est de section circulaire. Dans le procédé décrit à l’aide de la FIG. 4 , le moulage de la première partie 100 est réalisé avec sa forme définitive, et la face à imprimer se trouve avoir une forme quelconque lors de l’étape d’impression 404. La forme quelconque de la surface à imprimer impose d’avoir recours à des procédés d’impression par projection d’encre, de peinture ou de particule métallique. Une variante du procédé de fabrication est illustrée sur la FIG. 6 qui comportent les mêmes étapes que la FIG. 4 avec quelques différences indiquées ci-après. Dans cette variante le moulage de la première partie 100 se fait dans un moule dont la forme ne correspond pas à la forme finale mais dont la face à imprimer est entièrement plane. Lors de l’étape d’impression 404, il est alors possible de réaliser l’impression du circuit électrique 170 par sérigraphie, ce qui permet de déposer rapidement une couche épaisse de peinture conductrice à l’aide d’un masque. La peinture conductrice étant polymérisée, une étape 407 d’emboutissage à chaud est ensuite réalisée. L’emboutissage à chaud consiste à presser entre deux matrices la première partie 100 tout en chauffant les deux matrices à une température de ramollissement du matériau pour lui donner sa forme finale. Le pressage a également pour effet d’enfoncer les pistes conductrices dans le matériau formant substrat 100, ce qui augmente l’adhésion de la peinture conductrice. Les étapes 405 et 406 de placement des composants et de connexion des composants peuvent ensuite être réalisées comme précédemment décrites. Une telle variante permet d’avoir un dépôt de peinture d’épaisseur importante et donc une très bonne conduction sans avoir recours à une pulvérisation métallique. D’autres variantes et améliorations peuvent être réalisées sans sortir du cadre défini par les revendications. En outre, l’invention a été décrite en relation avec un dispositif d’éclairage arrière d’un véhicule. L’homme du métier comprend aisément que l’invention est transposable sur des dispositifs d’éclairage avant d’un véhicule. L’invention peut être utilisée dans d’autres contextes d’application. En effet, la réalisation d’un circuit imprimé pouvant être utilisé comme élément de boîtier n’est pas limitée à des feux de véhicule mais peut s’appliquer à tous type d’appareil dans lequel on souhaiterait supprimer un ou plusieurs circuits imprimés permettant ainsi de réduire le nombre d’éléments à assembler et/ou réduire le nombre de matériau en vue d’un recyclage. Procédé de fabrication d’un circuit imprimé en relief caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : - fourniture (401) d’au moins une fiche métallique (140) dans un moule d’injection, le moule ayant une forme définissant un substrat (100) dudit circuit imprimé, ladite fiche (140) étant en contact à deux de ses extrémités avec le moule de sorte à dépasser de chaque côté dudit substrat (100), - moulage par injection (402) de plastique dans ledit moule, - impression (404) d’un circuit électrique (170) sur une face du substrat (100), - placement (405) de composants électroniques (120, 130) sur la face imprimée du substrat (100) au niveau d’au moins une zone plane (110), - connexion des composants (406). Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fiche métallique (140) comprend une collerette de retenue (160) faisant saillie par rapport à ladite fiche (140), ladite collerette (160) étant placée sur une zone de la fiche qui est entièrement recouverte de plastique lors du moulage. Procédé selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel l’une des extrémités de la fiche métallique (140) comporte une tête aplatie (145) qui est affleurante sur la face imprimée du substrat (100), l’impression du circuit électrique (170) recouvrant ladite tête aplatie (145). Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le plastique est choisi parmi : de l’acide polylactique, du polycarbonate, du polytéréphtalate d’éthylène, du polyméthacrylate de méthyle, du polyétheréthercétone. Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel l’impression (404) est réalisée par dépôt d’une encre ou d’une peinture métallique, ou par pulvérisation métallique électrostatique ou thermique. Procédé selon l’une des revendication 1 à 4, dans lequel, après moulage (402), la face d’impression du substrat (100) est entièrement plane en sortant du moule, dans lequel l’impression (404) se fait par sérigraphie à l’aide d’une peinture métallique, et dans lequel le substrat (100) est déformé par emboutissage (407) à chaud après l’impression. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la connexion des composants (406) est réalisée à l’aide d’une colle conductrice. Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel la connexion des composants (406) est réalisée par laser. Circuit imprimé en relief comprenant un substrat (100) disposant d’une face sur laquelle est imprimé un circuit électrique (170), caractérisé en ce qu’il comporte au moins une fiche métallique (140) traversant ledit substrat (100), et dans lequel ledit substrat (100) a été obtenu par moulage d’un plastique avec ladite fiche (140) placée en insert, et dans lequel le substrat (100) est de forme quelconque et la face imprimée comporte au moins une zone plane (110) sur laquelle est placé au moins un composant électronique (120, 130). Circuit imprimé selon la revendication 9, dans lequel la fiche métallique (140) comprend une collerette de retenue (160) faisant saillie par rapport à ladite fiche (140), ladite collerette (160) étant placée à l’intérieur dudit substrat (100). Circuit imprimé selon l’une des revendications 9 ou 10, dans lequel l’une des extrémités de la fiche (140) comporte une tête aplatie (145) qui est affleurante sur la face imprimée du substrat (100), l’impression du circuit imprimé recouvrant ladite tête aplatie (145). Circuit imprimé selon l’une des revendications 9 à 11, dans lequel dans lequel le plastique est choisi parmi : de l’acide polylactique, du polycarbonate, du polytéréphtalate d’éthylène, du polyméthacrylate de méthyle, du polyétheréthercétone. Dispositif d’éclairage (10) de véhicule (1) comportant un boîtier enserrant au moins un circuit électronique comprenant au moins un une source lumineuse (120) de type diode électroluminescente et des moyens optiques (130, 210), ledit boîtier comprenant au moins des première et deuxième parties externes (100, 200), la première partie (100) étant destiné à être tournée vers le véhicule (1), et la deuxième partie (200) étant destinée à être tournée vers l’extérieur du véhicule (1) et étant au moins partiellement transparente ou translucide pour permettre une émission de lumière, caractérisé en ce que la première partie (100) constitue le substrat (100) d’un circuit imprimé conforme à l’une des revendication 9 à 12, dont la face imprimée est placée à l’intérieur dudit boîtier, l’extrémité de la fiche métallique (140) dépassant à l’extérieur du boîtier formant un élément de connexion. Dispositif d’éclairage (10) de véhicule (1) selon la revendication 13, dans lequel le substrat (100) comporte, sur la face opposée à la face imprimée, une saillie (150) autour de l’au moins une fiche métallique (140), ladite saillie (150) et l’au moins une fiche métallique (140) formant un connecteur. Dispositif d’éclairage (10) de véhicule selon l’une des revendications 13 ou 14, dans lequel le circuit imprimé comporte une pluralité de surfaces planes (110) localisées en face de moyens optiques de focalisation (130), chaque surface plane recevant au moins une source lumineuse, telle qu’une diode électroluminescente (130).