EP3578018A1 - Carte électronique à circuit imprimé comprenant une structure de diffraction integrée et procédé de fabrication de celle-ci - Google Patents

Carte électronique à circuit imprimé comprenant une structure de diffraction integrée et procédé de fabrication de celle-ci

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EP3578018A1
EP3578018A1 EP18706787.1A EP18706787A EP3578018A1 EP 3578018 A1 EP3578018 A1 EP 3578018A1 EP 18706787 A EP18706787 A EP 18706787A EP 3578018 A1 EP3578018 A1 EP 3578018A1
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EP
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printed circuit
circuit board
diffraction
plate
cavity
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Withdrawn
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EP18706787.1A
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Friedbald KIEL
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Institut Vedecom
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates generally to the field of printed circuit boards. More particularly, the invention relates to a printed circuit board comprising an integrated diffraction structure. The invention also relates to a method of manufacturing such a printed circuit board.
  • These new generation transmission / reception components have multiple applications, for example, in the fields of land, air and sea transport, instrumentation, the environment, home automation, household appliances, health , robotics, industrial process supervision and safety.
  • the integration of these transmission / reception components in the mass-market devices is developing significantly.
  • the widespread use of CCD or CMOS image sensors and GPS sensors in mobile phones, in addition to audio transducers, is an example of this trend, which is expected to increase further in the coming years with the development of connected objects.
  • Diffraction structures and gratings are frequently required in the transmission / reception components, for example, for modifying the wave trajectory or for filtering them.
  • a diffraction structure is often provided in the optical device of the sensor.
  • the invention relates to a printed circuit board comprising at least one diffraction structure having a cavity and a diffraction plate.
  • the diffraction structure is integrated in the thickness of the printed circuit board, the cavity being formed, by removal of material, in the thickness of the printed circuit board and the diffraction plate. being formed in a plate which is attached to the printed circuit board and closes said cavity.
  • the invention thus allows the realization in a printed circuit board of a transmitter or receiver device equipped with a diffraction structure, at very low cost and with minimal space.
  • the dimensional definition of the diffraction structure is easily respected thanks to the high precision achievable with printed circuit manufacturing techniques.
  • the invention thus facilitates the production of electronic cards of the so-called SiP type (for "System in Package” in English).
  • the diffraction plate is formed from a dielectric plate, a copper plate, a CCL type plate and / or a RCC type plate.
  • the diffraction plate is formed from a dielectric plate and comprises a diffraction pattern produced with techniques of indentation and / or selective deposition of metal and etching by photolithography.
  • the diffraction plate is in the form of a Fresnel lens, a sinusoidal zone plate, a zonal phase shift plate or a hologram.
  • the diffraction plate comprises a diffraction pattern with openings, the diffraction pattern being realized with cutting and material removal techniques including mechanical or laser milling / drilling.
  • the diffraction plate is formed from a material of stage b and comprises a diffraction pattern with openings, the diffraction pattern being realized with an indentation technique for to form the openings.
  • the cavity is filled with air or a material modifying the speed of acoustic or optical waves.
  • the cavity comprises a coating layer on walls.
  • the printed circuit board comprises several diffraction structures, the diffraction structures being associated and forming a network.
  • the printed circuit board is of the multilayer type.
  • the printed circuit electronic card comprises an emitter electronic component implanted at the bottom of the cavity of the diffraction structure.
  • the electronic circuit board also comprises a conductor in contact with the emitting electronic component and having the function of extracting calories produced by the emitting electronic component.
  • the printed circuit electronic card comprises a receiver electronic component implanted at the bottom of the cavity of the diffraction structure.
  • the invention allows the realization of different types of sensors, detectors, transmitters and receivers in the fields of microwaves, optics and acoustics.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a printed circuit board, the printed circuit board comprising at least one diffraction structure having a cavity which is formed in the thickness of the printed circuit board and a diffraction plate formed in a plate which is attached to the printed circuit board and closes the cavity, the method comprising photolithography and etching steps.
  • the method also includes a material removal step for forming the cavity and a laminating step of a plurality of printed circuit boards to form the printed circuit board.
  • FIG. 1 is a partial sectional view of a printed circuit board in a state which precedes the integration of a diffraction structure
  • - Fig.2 is a partial sectional view of the printed circuit board of Fig.1 in which has been formed a cavity of the diffraction structure, by implementing the method of the invention
  • - Fig.3 is a partial sectional view of the printed circuit board of Fig.1 in which the diffraction structure is integrated;
  • - Fig.4 is a partial sectional view of several printed circuit boards before laminating thereof to form the printed circuit board with the cavity of the diffraction structure, by implementing the method of the invention;
  • Fig.5 is a top view of a printed circuit board comprising a diffraction structure
  • Figs. 6A and 6B are top and sectional views of an embodiment with openings of the diffraction plate included in the diffraction structure
  • Fig.7 a top view of a printed circuit board comprising a plurality of diffraction structures which are arranged to form a network.
  • a printed circuit board with one or more integrated diffraction structures it is used materials and techniques for manufacturing multilayer printed circuit boards. which are well mastered.
  • plates of copper-coated laminate called CCL ("Copper Clad Laminate” in English) loaded or not glass fibers, dielectrics prepreg of epoxy type of resin, called “prepeg” Completely or partially polymerized (stage b prepregs), sheets or thin plates of copper optionally with a resin coating, RCC type (of "Resin Coated Copper” in English), and adhesives.
  • Electronic circuit board manufacturing techniques such as laminating, photolithography, wet etching, electroplating will be employed.
  • Cutting and material removal techniques such as mechanical and laser milling and drilling, may also be used, as well as indentation techniques for forming hollow impressions in the diffraction plates or making openings and indentations.
  • FIG.1 there is shown a multilayer printed circuit board 1 in which must be integrated a diffraction structure.
  • the printed circuit board 1 is formed of a plurality of conductive layers of copper 10 and dielectric layers 1 January.
  • Connector conductive patterns are made in the conductive layers 10, as well as vias 12 for the interconnection of conductive patterns located in different layers.
  • Active and passive electronic components of the circuit, such as the electronic component 13 are buried between inner layers of the card 1 during the production thereof.
  • Zone ZA shown in FIG. 1, is the zone of the card 1 into which the diffraction structure must be implanted.
  • an electronic component 13 which, in this embodiment, is an infrared emitting diode (IR).
  • IR infrared emitting diode
  • the objective here is to produce an IR emitter by associating the LED diode 13 with a diffraction structure.
  • the realization of an IR receiver device in the card 1 will be made in a similar manner, for example with a phototransistor chip sensitive to infrared radiation.
  • the IR diode 13 is buried between internal layers 10, 1 1 of the card 1.
  • the IR diode 13 comprises electrodes, not visible in FIG. 1, which are soldered to a copper connection pattern of the card 1.
  • a conductor C10 here consisting of a thick layer of copper, may be provided for cooling the IR diode 13.
  • This C10 driver has the function of extracting the calories produced by the IR diode 13 to a heat sink (not shown). Vias 12 are made here to connect a metal face of the diode 13 to the conductor C10.
  • the C10 driver will be needed, or not, depending on the power of the IR transmitter. When the C10 conductor is needed, it will be sized according to the heat output to be evacuated. The C10 driver will be more rarely needed in the case of an IR receiver.
  • a cavity 15, shown in FIG. 2 is formed in the thickness of the card 1.
  • an indexing pattern, referenced 14 in FIG. 1 has been made on the upper face of the card 1 so as to allow indexing of the material removal tool which is used for digging the cavity 15.
  • the material is removed above the IR diode 13 in order to disengage the desired volume for the cavity 15. This removal of material is typically carried out at the mill, at the laser and / or by chemical photogravure techniques allowing precise cutting of the metal layers.
  • the dimensions and shape of the cavity 15 are determined in a conventional manner, taking into account the wavelength of the IR radiation.
  • the depth of the cavity is determined to obtain the desired focal length between the surface emitting component 13 and a diffraction plate 17 which is shown in place in FIG.
  • the walls of the cavity 15 may then be covered with a reflective coating layer 16.
  • a reflective coating layer 16 the nature of this reflective coating will depend on the type of device and may be necessary or not depending on the wavelength and the desired output.
  • a thin layer of a gold alloy or other infrared reflecting material may be deposited in certain applications, for example by electrolytic deposition in the case of a metal layer .
  • the realization of the structure is completed by the establishment of the diffraction plate 17 for closing the upper part of the cavity 15.
  • the diffraction plate 17 here takes the form of a dielectric Fresnel lens.
  • the plate 17 is obtained here from a cover dielectric plate, for example epoxy resin, in which is formed a diffraction pattern S17, visible in Fig.2, forming a Fresnel lens.
  • the diffraction pattern S17 is here in the form of a hollow impression made for example with an indentation technique.
  • a shoulder 18 is provided at the top of the walls of the cavity 15.
  • the shoulder 18 ensures precise positioning of the plate 17 in the opening of the cavity 15. Precise positioning is necessary for compliance with the dimensional definition of the diffraction structure.
  • the plate 17 is fixed by gluing in the opening of the cavity 15.
  • the cavity 15 will be filled with air or a material modifying the speed of acoustic or optical waves.
  • the diffraction structure DS comprising the diffraction plate 17 and the underlying cavity 15 is shown in its completed state in FIG. As shown in FIG. 3, the diffraction structure DS is fully integrated into the printed circuit board 1.
  • a printed circuit board 1a with its diffraction structure 15a, 17a, integrated according to the invention, can also be formed by the lamination of a plurality of printed circuit boards.
  • the printed circuit boards are four in number, namely, P1 to P4.
  • Each of the plates P1 to P4 is formed with the techniques of manufacturing electronic printed circuit boards.
  • M1, M2 material withdrawals are made here in the plates P2, P3, so as to release a total volume corresponding to the desired volume for the cavity 15a.
  • These 5 material recesses M1, M2, are performed in a similar manner to that performed for the cavity 15, that is to say, typically to the milling cutter, the laser and / or by chemical photogravure techniques.
  • the plate P1 incorporates a diffraction zone 17a.
  • Area 17a comprises a diffraction pattern S17 forming a Fresnel dielectric lens.
  • Plates P1 to P4 are then laminated by pressing and vacuum laminating, after having been coated, on their laminating surfaces, for example with an epoxy-type polymerizable resin to ensure their sizing. There is thus obtained the multilayer printed circuit board 1a with the diffraction structure 15a, 17a.
  • the stratification of the plates P1 to P4 can be done in two stages.
  • the lamination of the plates P2 to P3 will first be performed to form the cavity 15a. Once the cavity 15a has been formed, the step of depositing the coating layer and / or the step of filling the cavity 15a can be performed. The stratification of the plate P1 which closes the cavity 15a completes the production of the card 1a.
  • FIG. 5 shows, in plan view, an electronic circuit board 1b comprising a diffraction structure similar to those of the cards 1 and 1a.
  • a Fresnel dielectric lens 17b covers a non-visible underlying cavity.
  • An integrated circuit 19 and various electronic components 20, 21, of the electronic circuit of the transmitter or receiver device are here mounted on the surface of the card 1b.
  • the diffractive plates that can be integrated in the diffraction structures may have different functions, shapes and dimensions depending on the application and the type of the device.
  • the diffraction plates may have the function of focusing, focusing or dispersing the waves.
  • the diffraction plates may in the present invention take the form of diffraction surface gratings with diffraction surface patterns equidistant, in 1 D or 2D.
  • These diffraction plates may, for example, be in the form of concentric arrays, such as a Fresnel lens, or in the form of centered square arrays.
  • indentation techniques to create hollow impressions, for example, in prepregs, dielectric cover layers or dielectric layers of solder mask, and techniques of selective deposition of metal and etching by Photolithography allows the realization of diffraction plates in the form of Fresnel lenses, sinusoidal zonal plates, zonal phase shift plates or holograms.
  • the nanometric control of photolithography and etching techniques acquired in the fields of microelectronics and components is used to form fine diffraction patterns and high accuracy.
  • the diffraction plates may for example be formed from a CCL plate, a prepreg, a thin copper plate or an RCC plate.
  • the diffraction plates of the present invention may also include diffraction patterns with openings, especially for optical and acoustic applications.
  • cutting and material removal techniques such as mechanical and laser milling and drilling may be used to form openings in the patterns of the diffraction plates.
  • Indentation techniques may also be used to form openings and indentations in the patterns, especially if a stage b material, such as a prepreg, is used to form the diffraction plate.
  • a diffraction plate 17c with openings is shown in Figs. 6A and 6B.
  • the plate 17c comprises a concentric diffraction pattern which is divided into four quarters Q1 to Q4. Quarters Q1 to Q4 each have a portion of a central opening 170c and concentric openings 171c.
  • the openings 170c and 171c of the diffraction plate 17c appear in the sectional view of FIG. 6B.
  • Cross arms at 90 degrees, B1 to B4 mechanically hold the diffraction pattern formed by apertures and rings of alternating material and quadrant.
  • a plurality of DS diffraction structures can be arranged in a network in the same printed circuit board.
  • the invention allows the construction of arrays with a large number of diffraction structures arranged, for example, according to an MxN matrix.
  • the invention is not limited to the particular embodiments which have been described here by way of example. Those skilled in the art, according to the applications of the invention, may make various modifications and variations which fall within the scope of the appended claims.

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Abstract

La carte électronique à circuit imprimé comprend au moins une structure de diffraction (DS) ayant une cavité (15) et une plaque de diffraction (17). Conformément à l'invention, la structure de diffraction est intégrée dans l'épaisseur de la carte électronique à circuit imprimé, la cavité étant formée, par retrait de matière, dans l'épaisseur de la carte électronique à circuit imprimé et la plaque de diffraction étant formée dans une plaque qui est rapportée sur la carte électronique à circuit imprimé et ferme la cavité.

Description

CARTE ÉLECTRONIQUE À CIRCUIT IMPRIMÉ COMPRENANT UNE STRUCTURE
DE DIFFRACTION INTÉGRÉE ET PROCÉDÉ DE FABRICATION DE CELLE-CI
[001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1750852 déposée le 1 er février 2017 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
[002] L'invention concerne de manière générale le domaine des cartes électroniques à circuit imprimé. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une carte électronique à circuit imprimé comprenant une structure de diffraction intégrée. L'invention se rapporte aussi à un procédé de fabrication d'une telle carte électronique à circuit imprimé.
[003] Les progrès effectués ces dernières décennies dans les techniques de la microélectronique et de la miniaturisation ont conduit à l'émergence de nouvelles générations de composants d'émission et de réception d'ondes et de transducteurs dans les domaines des micro-ondes, de l'optique et de l'acoustique. La miniaturisation et la réduction des coûts de ces composants conduisent à une forte adoption de ceux-ci.
[004] Ces composants d'émission/réception de nouvelle génération trouvent de multiples applications, par exemple, dans les domaines des transports terrestres, aériens et maritimes, de l'instrumentation, l'environnement, la domotique, l'électroménager, la santé, la robotisation, la supervision des processus industriels et la sécurité. [005] Par ailleurs, l'intégration de ces composants d'émission/réception dans les appareils de grande diffusion se développe de manière importante. La généralisation dans les téléphones mobiles des capteurs d'image CCD ou CMOS et des capteurs GPS, qui s'ajoutent aux transducteurs audio, est un exemple de cette tendance qui devrait encore s'accroître dans les prochaines années avec le développement des objets connectés. [006] Des structures et réseaux de diffraction sont fréquemment nécessaires dans les composants d'émission/réception, par exemple, pour la modification de la trajectoire des ondes ou pour le filtrage de celles-ci. Ainsi, par exemple, dans un capteur d'image, une structure de diffraction est souvent prévue dans le dispositif optique du capteur.
[007] Il est connu de l'entité inventive un capteur d'image implanté dans une carte électronique à circuit imprimé, comprenant une « puce » CCD montée à la surface de la carte et un dispositif optique rapporté qui recouvre la puce CCD et est fixé sur la carte. [008] Cette technique antérieure présente l'inconvénient du coût élevé du dispositif optique rapporté, en termes de coût de fabrication du dispositif lui-même et de coût d'implantation du dispositif sur la carte. De plus, le positionnement du dispositif optique rapporté par rapport à la puce CCD demande une précision élevée qui constitue un frein notable à une miniaturisation accrue du capteur.
[009] Par US7719170B1 et US5041849A, il est connu la fabrication d'une lentille de Fresnel dans un transducteur acoustique en utilisant des techniques de photolithographie et gravure.
[0010] Le fort développement attendu du marché des composants d'émission et de réception d'ondes et des transducteurs demande une avancée technologique dans la réalisation de structures et réseaux de diffraction adaptés pour une miniaturisation, et qui puissent être intégrés dans des cartes électroniques à circuit imprimé avec un encombrement et un coût réduits.
[001 1 ] Selon un premier aspect, l'invention concerne une carte électronique à circuit imprimé comprenant au moins une structure de diffraction ayant une cavité et une plaque de diffraction. Conformément à l'invention, la structure de diffraction est intégrée dans l'épaisseur de la carte électronique à circuit imprimé, la cavité étant formée, par retrait de matière, dans l'épaisseur de la carte électronique à circuit imprimé et la plaque de diffraction étant formée dans une plaque qui est rapportée sur la carte électronique à circuit imprimé et ferme ladite cavité.
[0012] L'invention permet ainsi la réalisation dans une carte électronique à circuit imprimé d'un dispositif émetteur ou récepteur équipé d'une structure de diffraction, à très faible coût et avec un encombrement minimal. De plus, la définition dimensionnelle de la structure de diffraction est aisément respectée grâce aux précisions élevées atteignables avec les techniques de fabrication des circuits imprimés.
[0013] L'invention facilite ainsi la réalisation des cartes électroniques du type dit SiP (pour « System in Package » en anglais).
[0014] Selon une caractéristique particulière, la plaque de diffraction est formée à partir d'une plaque diélectrique, une plaque de cuivre, une plaque de type CCL et/ou une plaque de type RCC.
[0015] Selon une forme de réalisation particulière, la plaque de diffraction est formée à partir d'une plaque diélectrique et comporte un motif de diffraction réalisé avec des techniques d'indentation et/ou de dépôt sélectif de métal et de gravure par photolithographie. Ainsi, la plaque de diffraction est réalisée sous la forme d'une lentille de Fresnel, d'une plaque zonale sinusoïdale, d'une plaque zonale à décalage de phase ou d'un hologramme. [0016] Selon une autre forme de réalisation particulière, la plaque de diffraction comporte un motif de diffraction avec des ouvertures, le motif de diffraction étant réalisé avec des techniques de découpage et de retrait de matière comprenant le fraisage/perçage mécanique ou au laser.
[0017] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, la plaque de diffraction est formée à partir d'un matériau de stade b et comporte un motif de diffraction avec des ouvertures, le motif de diffraction étant réalisé avec une technique d'indentation pour former les ouvertures.
[0018] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, la cavité est remplie d'air ou d'un matériau modifiant la célérité des ondes acoustiques ou optiques. [0019] Selon une autre caractéristique particulière, la cavité comporte une couche de revêtement sur des parois.
[0020] Selon encore une autre forme de réalisation particulière, la carte électronique à circuit imprimé comprend plusieurs structures de diffraction, les structures de diffraction étant associées et formant un réseau. [0021 ] Selon une autre forme de réalisation particulière, la carte électronique à circuit imprimée est de type multicouche.
[0022] Dans une application particulière de l'invention à un dispositif émetteur, la carte électronique à circuit imprimé comprend un composant électronique émetteur implanté au fond de la cavité de la structure de diffraction. Selon une caractéristique particulière, la carte électronique à circuit imprimé comprend également un conducteur en contact avec le composant électronique émetteur et ayant pour fonction d'extraire des calories produites par le composant électronique émetteur.
[0023] Dans une application particulière de l'invention à un dispositif récepteur, la carte électronique à circuit imprimé comprend un composant électronique récepteur implanté au fond de la cavité de la structure de diffraction. [0024] On notera que l'invention autorise la réalisation de différents types de capteurs, détecteurs, émetteurs et récepteurs dans les domaines des micro-ondes, de l'optique et de l'acoustique. Ainsi, il est possible de concevoir des capteurs d'image de type CCD ou CMOS, des transducteurs ultrasons et, plus généralement, des dispositifs émetteurs et récepteurs avec des diodes DEL ou Laser, dans l'infrarouge lointain, des photodiodes ou des phototransistors et autres, et cela de manière intégrée dans les cartes électroniques à circuit imprimé, avec leurs structures de diffraction associées.
[0025] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une carte électronique à circuit imprimé, la carte électronique à circuit imprimé comprenant au moins une structure de diffraction comportant une cavité qui est formée dans l'épaisseur de la carte électronique à circuit imprimé et une plaque de diffraction formée dans une plaque qui est rapportée sur la carte électronique à circuit imprimé et ferme la cavité, le procédé comprenant des étapes de photolithographie et gravure. Conformément à l'invention, le procédé comprend également une étape de retrait de matière pour former la cavité et une étape de stratification de plusieurs plaques de circuit imprimé pour former la carte électronique à circuit imprimé.
[0026] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - La Fig.1 est une vue en coupe partielle d'une carte électronique à circuit imprimé dans un état qui précède l'intégration d'une structure de diffraction ;
- La Fig.2 est une vue en coupe partielle de la carte électronique à circuit imprimé de la Fig.1 dans laquelle a été formée une cavité de la structure de diffraction, par la mise en œuvre du procédé de l'invention ; - La Fig.3 est une vue en coupe partielle de la carte électronique à circuit imprimé de la Fig.1 dans laquelle est intégrée la structure de diffraction ;
- La Fig.4 est une vue en coupe partielle de plusieurs plaques de circuit imprimé avant stratification de celles-ci pour former la carte électronique à circuit imprimé avec la cavité de la structure de diffraction, par la mise en œuvre du procédé de l'invention ;
- La Fig.5 est une vue de dessus d'une carte électronique à circuit imprimé comprenant une structure de diffraction ; - Les Figs.6A et 6B sont des vues de dessus et en coupe d'une forme de réalisation avec des ouvertures de la plaque de diffraction incluse dans la structure de diffraction ; et
- La Fig.7 une vue de dessus d'une carte électronique à circuit imprimé comprenant une pluralité de structures de diffraction qui sont agencées pour former un réseau.
[0027] De manière générale, pour la réalisation d'une carte électronique à circuit imprimé avec une ou plusieurs structures de diffraction intégrées, conformément à l'invention, il est utilisé des matériaux et des techniques de fabrication de cartes électroniques à circuit imprimé multicouche qui sont bien maîtrisés. [0028] Ainsi, il pourra être fait appel à des plaques de stratifié revêtu de cuivre dites CCL (de « Copper Clad Laminate » en anglais) chargées ou pas en fibres de verre, des diélectriques préimprégnés de résine de type époxy, dits « prépeg », complètement ou partiellement polymérisés (préimprégnés de stade b), des feuilles ou des plaques fines de cuivre éventuellement avec un revêtement de résine, de type RCC (de « Resin Coated Copper » en anglais), et des adhésifs.
[0029] Des techniques de fabrication de carte électronique à circuit imprimé, comme la stratification, la photolithographie, la gravure humide, l'électrodéposition seront employées. Des techniques de découpage et de retrait de matière, comme le fraisage et perçage mécaniques ou au laser, pourront également être utilisées, ainsi que des techniques d'indentation pour former des empreintes creuses dans les plaques de diffraction ou réaliser des ouvertures et échancrures.
[0030] En référence aux Figs.1 , 2 et 3, il est décrit ci-dessous les étapes de fabrication d'une carte électronique à circuit imprimé avec une structure de diffraction intégrée, par la mise en œuvre du procédé selon l'invention. [0031 ] A la Fig.1 , il est montré une carte électronique à circuit imprimé multicouche 1 dans laquelle doit être intégrée une structure de diffraction.
[0032] Comme montré à la Fig.1 , de manière classique, la carte électronique à circuit imprimé 1 est formée d'une pluralité de couches conductrices en cuivre 10 et de couches diélectriques 1 1 . Des motifs conducteurs de connexion sont réalisés dans les couches conductrices 10, ainsi que des vias 12 pour l'interconnexion de motifs conducteurs situés dans des couches différentes. Des composants électroniques actifs et passifs du circuit, tels que le composant électronique 13, sont enterrés entre des couches internes de la carte 1 lors de la réalisation de celle-ci.
[0033] La zone ZA, montrée à la Fig.1 , est la zone de la carte 1 dans laquelle doit être implantée la structure de diffraction. Dans cette zone ZA est implanté un composant électronique 13 qui, dans cet exemple de réalisation, est une diode DEL émettant dans l'infrarouge (IR). L'objectif est ici de réaliser un émetteur IR en associant à la diode DEL 13 une structure de diffraction. Bien entendu, la réalisation d'un dispositif récepteur IR dans la carte 1 sera faite de manière semblable, par exemple avec une puce de phototransistor sensible au rayonnement infrarouge. [0034] Comme montré à la Fig.1 , la diode IR 13 est enterrée entre des couches internes 10, 1 1 , de la carte 1 . La diode IR 13 comporte des électrodes, non visibles à la Fig.1 , qui sont soudées à un motif de connexion en cuivre de la carte 1 .
[0035] Comme montré à la Fig.1 , un conducteur C10 constitué ici d'une couche épaisse de cuivre, pourra être prévu pour le refroidissement de la diode IR 13. Ce conducteur C10 a pour fonction d'extraire les calories produites par la diode IR 13 vers un dissipateur thermique (non représenté). Des vias 12 sont réalisés ici pour relier une face métallique de la diode 13 au conducteur C10. Le conducteur C10 sera nécessaire, ou pas, selon la puissance de l'émetteur IR. Lorsque le conducteur C10 est nécessaire, il sera dimensionné en fonction de la puissance calorifique à évacuer. Le conducteur C10 sera plus rarement nécessaire dans le cas d'un récepteur IR.
[0036] Conformément à l'invention, une cavité 15, montrée à la Fig.2, est formée dans l'épaisseur de la carte 1 . Dans cette forme de réalisation, un motif d'indexage, repéré 14 à la Fig.1 , a été réalisé sur la face haute de la carte 1 de manière à autoriser un indexage de l'outil de retrait de matière qui est utilisé pour creuser la cavité 15. [0037] Comme montré à la Fig.2, la matière est retirée au-dessus de la diode IR 13 afin de dégager le volume voulu pour la cavité 15. Ce retrait de matière est typiquement effectué à la fraise, au laser et/ou par des techniques de photogravure chimique autorisant une découpe précise des couches de métal.
[0038] Les dimensions et la forme de la cavité 15 sont déterminées de manière classique, en prenant en compte la longueur d'onde du rayonnement IR. La profondeur de la cavité est déterminée de manière à obtenir la distance focale voulue entre la surface émettrice du composant 13 et une plaque de diffraction 17 qui est montrée en place à la Fig.3.
[0039] Comme montré à la Fig.2, les parois de la cavité 15 peuvent ensuite être recouvertes d'une couche de revêtement réfléchissant 16. Bien entendu, la nature de ce revêtement réfléchissant dépendra du type de dispositif et pourra s'avérer nécessaire ou pas selon la longueur d'onde et le rendement recherché. Ainsi, dans le cas d'un rayonnement infrarouge, une fine couche d'un alliage d'or ou d'un autre matériau réfléchissant les infrarouges pourra être déposée dans certaines applications, par exemple par dépôt électrolytique dans le cas d'une couche métallique. [0040] La réalisation de la structure s'achève par la mise en place de la plaque de diffraction 17 destinée à fermer la partie haute de la cavité 15. La plaque de diffraction 17 prend ici la forme d'une lentille diélectrique de Fresnel.
[0041 ] La plaque 17 est obtenue ici à partir d'une plaque diélectrique de couverture, par exemple en résine époxy, dans laquelle est réalisé un motif de diffraction S17, visible à la Fig.2, formant une lentille de Fresnel. Le motif de diffraction S17 se présente ici sous la forme d'une empreinte creuse réalisée par exemple avec une technique d'indentation.
[0042] Un épaulement 18 est prévu en haut des parois de la cavité 15. L'épaulement 18 assure un positionnement précis de la plaque 17 dans l'ouverture de la cavité 15. Un positionnement précis est nécessaire pour le respect de la définition dimensionnelle de la structure de diffraction. La plaque 17 est fixée par collage dans l'ouverture de la cavité 15.
[0043] On notera que selon l'application, la cavité 15 sera rempli d'air ou d'un matériau modifiant la célérité des ondes acoustiques ou optiques.
[0044] La structure de diffraction DS, comprenant la plaque de diffraction 17 et la cavité sous-jacente 15 est montrée dans son état achevé à la Fig.3. Comme le montre la Fig.3, la structure de diffraction DS est totalement intégrée dans la carte électronique à circuit imprimé 1 .
[0045] Comme montré à la Fig.4, une carte électronique à circuit imprimé 1 a, avec sa structure de diffraction 15a, 17a, intégrée conformément à l'invention, peut aussi être formée par la stratification de plusieurs plaques de circuit imprimé. Dans la forme de réalisation de la Fig.4, les plaques de circuit imprimé sont au nombre de quatre, à savoir, P1 à P4. [0046] Chacune des plaques P1 à P4 est formée avec les techniques de fabrication des cartes électroniques à circuit imprimé.
[0047] Des retraits de matière M1 , M2, sont effectués ici dans les plaques P2, P3, de manière à dégager un volume total correspondant au volume voulu pour la cavité 15a. Ces 5 retraits de matière M1 , M2, sont effectués de manière analogue à celui effectué pour la cavité 15, c'est-à-dire, typiquement à la fraise, au laser et/ou par des techniques de photogravure chimique.
[0048] La plaque P1 intègre une zone de diffraction 17a. La zone 17a comprend un motif de diffraction S17 formant une lentille diélectrique de Fresnel.
10 [0049] Les plaques P1 à P4 sont ensuite stratifiées par pressage et passage au four de stratification sous vide, après avoir été enduite, sur leurs surfaces de stratification, par exemple d'une résine polymérisable de type époxy pour assurer leur encollage. Il est ainsi obtenu la carte électronique à circuit imprimé multicouche 1 a avec la structure de diffraction 15a, 17a.
15 [0050] Dans le cas où une couche de revêtement réfléchissant, telle que la couche 16 montrée à la Fig.2, doit être déposée et/ou lorsqu'un remplissage de la cavité 15a avec un matériau modifiant la célérité est requis, la stratification des plaques P1 à P4 pourra être faite en deux étapes.
[0051 ] La stratification des plaques P2 à P3 sera d'abord effectuée pour former la cavité 20 15a. Une fois la cavité 15a formée, l'étape de dépôt de la couche de revêtement et/ou l'étape de remplissage de la cavité 15a peuvent être réalisées. La stratification de la plaque P1 qui ferme la cavité 15a achève la réalisation de la carte 1 a.
[0052] La Fig.5 montre, en vue de dessus, une carte électronique à circuit imprimé 1 b comprenant une structure de diffraction analogue à celles des cartes 1 et 1 a. Une lentille 25 diélectrique de Fresnel 17b recouvre une cavité sous-jacente non visible. Un circuit intégré 19 et différents composants électroniques 20, 21 , du circuit électronique du dispositif émetteur ou récepteur sont ici montés à la surface de la carte 1 b.
[0053] Bien entendu, les plaques de diffraction intégrables dans les structures de diffraction pourront avoir différentes fonctions, formes et dimensions selon l'application et 30 le type du dispositif. Ainsi, les plaques de diffraction pourront avoir pour fonction de focaliser, concentrer ou disperser les ondes. [0054] Les plaques de diffraction pourront dans la présente invention prendre la forme de réseaux surfaciques de diffraction avec des motifs surfaciques de diffraction équidistants, en 1 D ou 2D. Ces plaques de diffraction pourront, par exemple, se présenter sous la forme de réseaux concentriques, tels qu'une lentille de Fresnel, ou sous la forme de réseaux carrés centrés.
[0055] L'utilisation des techniques d'indentation pour créer des empreintes creuses, par exemple, dans des préimprégnés, des couches diélectriques de couverture ou des couches diélectriques de masque de soudure, et des techniques de dépôt sélectif de métal et de gravure par photolithographie autorise la réalisation de plaques de diffraction sous la forme de lentilles de Fresnel, de plaques zonales sinusoïdales, de plaques zonales à décalage de phase ou d'hologrammes. La maîtrise nanométrique des techniques de photolithographie et gravure acquise dans les domaines de la microélectronique et des composants est mise à profit pour former des motifs de diffraction fins et d'une grande précision. [0056] Les plaques de diffraction pourront par exemple être formées à partir d'une plaque CCL, d'un préimprégné, d'une plaque fine de cuivre ou d'une plaque RCC.
[0057] Les plaques de diffraction de la présente invention pourront aussi comprendre des motifs de diffraction avec des ouvertures, notamment pour les applications optiques et acoustiques. Ainsi, il pourra être fait appel à des techniques de découpage et de retrait de matière comme le fraisage et perçage mécaniques ou au laser pour former des ouvertures dans les motifs des plaques de diffraction. Il pourra aussi être fait appel à des techniques d'indentation pour former des ouvertures et échancrures dans les motifs, notamment si un matériau de stade b, tel qu'un préimprégné, est utilisé pour former la plaque de diffraction.
[0058] Une plaque de diffraction 17c avec des ouvertures est montrée aux Figs.6A et 6B. [0059] La plaque 17c comprend un motif de diffraction concentrique qui est divisé en quatre quarts Q1 à Q4. Les quarts Q1 à Q4 comportent chacun une partie d'une ouverture centrale 170c et des ouvertures concentriques 171 c. Les ouvertures 170c et 171 c de la plaque de diffraction 17c apparaissent dans la vue en coupe de la Fig.6B. Des bras en croix, à 90 degrés, B1 à B4, tiennent mécaniquement le motif de diffraction formé d'ouvertures et d'anneaux de matière alternés et en quart de cercle.
[0060] Comme montré à la Fig.7, une pluralité de structures de diffraction DS peuvent être agencées en réseau dans une même carte électronique à circuit imprimé. De manière générale, l'invention autorise la construction de réseaux avec un grand nombre de structures de diffraction disposées, par exemple, selon une matrice MxN. Dans l'exemple de la Fig.7, les structures de diffraction DS sont disposées selon une matrice carrée de M=6 lignes par N=6 colonnes. [0061 ] L'invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées.

Claims

REVENDICATIONS
1 ) Carte électronique à circuit imprimé comprenant au moins une structure de diffraction ayant une cavité et une plaque de diffraction, caractérisée en ce que ladite structure de diffraction (DS) est intégrée dans l'épaisseur de ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 a, 1 b), ladite cavité (15, 15a) étant formée, par retrait de matière, dans l'épaisseur de ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 a, 1 b) et ladite plaque de diffraction (17, 17a, 17b, 17c) étant formée dans une plaque qui est rapportée sur ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 a, 1 b) et ferme ladite cavité (15, 15a).
2) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite plaque de diffraction (17, 17a, 17b, 17c) est formée à partir d'une plaque diélectrique, une plaque de cuivre, une plaque de type CCL et/ou une plaque de type RCC.
3) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite plaque de diffraction (17, 17a, 17b) est formée à partir d'une plaque diélectrique et comporte un motif de diffraction (S17) réalisé avec des techniques d'indentation et/ou de dépôt sélectif de métal et de gravure par photolithographie.
4) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite plaque de diffraction (17, 17a, 17b) est réalisée sous la forme d'une lentille de Fresnel, d'une plaque zonale sinusoïdale, d'une plaque zonale à décalage de phase ou d'un hologramme.
5) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisée en ce que la plaque de diffraction (17c) comporte un motif de diffraction avec des ouvertures (170c, 171 c), ledit motif de diffraction étant réalisé avec des techniques de découpage et de retrait de matière comprenant le fraisage/perçage mécanique ou au laser. 6) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite plaque de diffraction (17c) est formée à partir d'un matériau de stade b et comporte un motif de diffraction avec des ouvertures (170c, 171 c), ledit motif de diffraction étant réalisé avec une technique d'indentation pour former lesdites ouvertures (170c, 171 c).
7) Carte électronique à circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite cavité (15, 15a) est remplie d'air ou d'un matériau modifiant la célérité des ondes acoustiques ou optiques. 8) Carte électronique à circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite cavité (15) comporte une couche de revêtement (16) sur des parois.
9) Carte électronique à circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 5 caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs dites structures de diffraction (DS), lesdites structures de diffraction étant associées et formant un réseau.
10) Carte électronique à circuit imprimée selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est de type multicouche.
1 1 ) Carte électronique à circuit imprimée selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un composant électronique émetteur (13) implanté au fond de ladite cavité (15, 15') de ladite structure de diffraction (DS).
12) Carte électronique à circuit imprimée selon la revendication 1 1 , caractérisée en ce qu'elle comprend un conducteur (C10) en contact avec ledit composant électronique émetteur (13) et ayant pour fonction d'extraire des calories produites par ledit composant
15 électronique émetteur (13).
13) Carte électronique à circuit imprimée selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un composant électronique récepteur (13) implanté au fond de ladite cavité (15, 15') de ladite structure de diffraction (DS).
14) Procédé de fabrication d'une carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 a, 1 b), ladite 0 carte électronique à circuit imprimé comprenant au moins une structure de diffraction comportant une cavité (15, 15a) qui est formée dans l'épaisseur de ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 a, 1 b) et une plaque de diffraction (17, 17a, 17b, 17c) formée dans une plaque qui est rapportée sur ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 a, 1 b) et ferme ladite cavité (15, 15a), ledit procédé comprenant des étapes de 5 photolithographie et gravure, caractérisé en ce qu'il comprend également une étape de retrait de matière pour former ladite cavité (15, 15a) et une étape de stratification de plusieurs plaques de circuit imprimé (17, P1 à P4) pour former ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 a, 1 b).
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