FR2684836A1 - Method of fabricating printed circuit cards with via holes - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE DE FABRICATION DE CARTES DE CIRCUITS
IMPRIMES A TROUS DE VIA
La présente invention concerne les procédés de fabrication de circuits imprimés double-face, éventuellement multi-couches, dans lesquels des connexions entre les faces opposées et éventuellement avec les couches intermédiaires sont réalisées par des trous métallisés, dits trous de via, qui ne reçoivent pas de patte de liaison appartenant à des composants et qui restent en conséquence ouverts après câblage sur les cartes de circuits imprimés traditionnelles.METHOD FOR MANUFACTURING CIRCUIT BOARDS
HOLIDAY PRINTS
The present invention relates to methods of manufacturing double-sided printed circuits, possibly multi-layers, in which connections between the opposite faces and possibly with the intermediate layers are made by metallized holes, called via holes, which do not receive of connection lugs belonging to components and which consequently remain open after wiring on traditional printed circuit boards.
On cherche à regrouper un nombre maximum de fonctions sur les cartes de circuits imprimés. Cette recherche et la miniaturisation croissante de l'électronique (notamment du fait de l'utilisation de composants montés en surface ou CMS) conduit à une réduction du diamètre des trous de via et à une augmentation de leur nombre sur chaque carte de circuit imprimé. Sur les cartes récentes, le diamètre est généralement compris entre 0,2 et 0,6 mm. Le bouchage de tels trous par remontée de matériau de soudure étain-plomb pendant les opérations de soudage à la vague est aléatoire pour de tels diamètres. I1 existe de plus un danger d'altération de fonctions du fait que le nettoyage des résidus de flux de soudure est aléatoire et qu'un risque de corrosion existe. We are trying to group a maximum number of functions on the printed circuit boards. This research and the growing miniaturization of electronics (in particular due to the use of surface-mounted components or SMD) leads to a reduction in the diameter of the via holes and to an increase in their number on each printed circuit board. On recent maps, the diameter is generally between 0.2 and 0.6 mm. The plugging of such holes by the rise of tin-lead solder material during wave soldering operations is random for such diameters. There is also a danger of alteration of functions because the cleaning of the solder flux residues is random and a risk of corrosion exists.
Le danger existe également lorsque le bouchage est assuré par un vernis épargne appliqué sous forme de film sec, le bouchage n'étant, dans ce cas, réalisé que par la fermeture des deux extrémités du canon de trou, la fragilité du matériau de fermeture peut engendrer, en cas de rupture, des risques réels d'absence de nettoyage et donc de corrosion. The danger also exists when the stopper is provided by a sparing varnish applied in the form of a dry film, the stoppering being, in this case, only achieved by closing the two ends of the hole barrel, the brittleness of the closing material can generate, in the event of rupture, real risks of lack of cleaning and therefore of corrosion.
I1 est difficile de maintenir les cartes par dépression sur un outillage si de nombreux trous de via restent ouverts. Or le maintien par dépression est largement le plus utilisé au cours du test des cartes de circuits imprimés in situ après câblage, car le maintien mécanique des cartes n'est pas toujours possible. I1 is difficult to maintain the cards by depression on a tool if many via holes remain open. However, vacuum maintenance is widely used the most during the testing of printed circuit boards in situ after wiring, since mechanical maintenance of the cards is not always possible.
On pourrait penser que les trous de via sont automatiquement obturés lorsqu'on dépose sur une carte le vernis, servant d'épargne de soudure, qui n'est ultérieurement éliminé qu'aux emplacements qui doivent recevoir une composition de soudage. Mais la viscosité et la tension capillaire des vernis fait qu'ils n'obturent pas les trous. One would think that the via holes are automatically closed when the varnish is deposited on a card, serving as a solder sparing, which is subsequently eliminated only at the locations which must receive a welding composition. But the viscosity and the capillary tension of the varnishes means that they do not seal the holes.
La présente invention vise à fournir un procédé de fabrication de cartes de circuits intégrés ayant des trous de via dont le diamètre maximum ne dépasse pas 0,6 mm, procédé permettant d'obtenir une carte câblée dont les trous de via sont obturés. The present invention aims to provide a method of manufacturing integrated circuit cards having via holes the maximum diameter of which does not exceed 0.6 mm, method making it possible to obtain a wired card whose via holes are closed.
Dans ce but l'invention propose notamment un procédé suivant lequel, avant application du vernis épargne de soudure sur une face au moins de la carte
- on dépose une gouttelette de vernis ayant une viscosité comprise entre 200 et 20.000 centipoises, d'autant plus élevée que le diamètre est plus grand, de volume compris entre 50% et 100% du volume du trou, à l'entrée de chaque trou
- et on polymérise les gouttelettes de vernis suivant un cycle propre à ce vernis.To this end, the invention notably proposes a method according to which, before application of the solder-saving varnish on at least one face of the card
- a droplet of varnish having a viscosity of between 200 and 20,000 centipoise, the greater the diameter, the volume between 50% and 100% of the volume of the hole, is deposited at the entrance of each hole
- And the varnish droplets are polymerized according to a cycle specific to this varnish.
Dans la pratique, chaque gouttelette de vernis est amenée à l'aide d'une micro-pipette dont le débouché est placé au droit de chaque trou à son tour, immédiatement audessus du trou ou même à l'entrée de ce dernier. In practice, each droplet of varnish is brought in using a micro-pipette, the outlet of which is placed in line with each hole in turn, immediately above the hole or even at the entrance to the latter.
On connaît déjà des machines permettant d'amener des gouttes de colle de fixation de composants à des emplacements bien déterminés d'une carte de circuit imprimé : ces machines peuvent être également utilisées pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, en substituant un vernis liquide de viscosité convenable à la colle et en adoptant un diamètre de bec de dépôt approprié au trou. Machines are already known for bringing drops of glue for fixing components to well-determined locations on a printed circuit board: these machines can also be used to implement the method according to the invention, by substituting a liquid varnish of viscosity suitable for glue and adopting a deposit spout diameter suitable for the hole.
L'invention sera mieux comprise à la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est un schéma en coupe, montrant une répartition possible de pistes conductrices, de plages de réception de composants et de trous de via dans une carte multi-couches
- la figure 2 est un schéma à grande échelle, montrant l'opération de bouchage d'un trou de via.The invention will be better understood from the following description of a particular embodiment, given by way of nonlimiting example. The description refers to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 is a sectional diagram showing a possible distribution of conductive tracks, component receiving areas and via holes in a multi-layer card
- Figure 2 is a large scale diagram showing the plugging operation of a via hole.
On décrira maintenant l'invention dans une application au cas d'une carte de circuit imprimé ayant une constitution générale classique. La figure 1 montre une telle carte, dont le substrat 10 est constitué par un composite résine-fibre de renforcement (par exemple résine époxyde renforcée par la fibre de verre). La carte représentée est multi-couches et présente en conséquence au moins une couche de connexion interne formant des pistes métallisées de liaison telles que 12. Après une première étape de fabrication, destinée à réaliser les pistes conductrices à partir de couches superficielles de cuivre, l'une des faces du substrat comporte des pistes 14 de liaison et l'autre présente par exemple des plages 16 de réception de composants montés en surface. Dans le substrat sont percés des trous revêtus intérieurement d'une pellicule métallique. The invention will now be described in an application to the case of a printed circuit board having a conventional general constitution. FIG. 1 shows such a card, the substrate 10 of which consists of a resin-reinforcing fiber composite (for example epoxy resin reinforced by glass fiber). The card shown is multi-layered and therefore has at least one internal connection layer forming metallized bonding tracks such as 12. After a first manufacturing step, intended to produce the conductive tracks from surface layers of copper, the one of the faces of the substrate has tracks 14 for connection and the other has for example areas 16 for receiving components mounted on the surface. In the substrate are drilled holes internally coated with a metallic film.
Parmi ces trous certains 18 sont destinés à recevoir les pattes de composants classiques et sont donc finalement bouchés par de la soudure. D'autres trous 20, ou trous de via, sont destinés à mettre en liaison des pistes correspondantes formées sur les deux faces entre elles et/ou avec des pistes 12 d'une couche interne.Among these holes, some 18 are intended to receive the legs of conventional components and are therefore finally plugged with solder. Other holes 20, or via holes, are intended to connect corresponding tracks formed on the two faces together and / or with tracks 12 of an internal layer.
Conformément à l'invention, les trous de via, dont le diamètre est compris entre 0,2 et 0,6 mm, sont bouchés après réalisation des pistes, par insertion individuelle d'une gouttelette de vernis dont la nature est avantageusement similaire à celle du vernis épargne qui sera ultérieurement utilisé pour déposer de la soudure de connexion des composants montés en surface. En revanche, la composition exacte du vernis d'obturation des trous de via sera souvent différente de celle du vernis épargne, car sa viscosité doit être telle qu'il puisse remplir les trous de via sans s'échapper. La viscosité appropriée sera obtenue par ajustage de la teneur en solvant. On peut notamment utiliser une nature de vernis comparable à celle des vernis épargnes fournis par la société CIBA GEIGY, contenant une résine époxide. According to the invention, the via holes, the diameter of which is between 0.2 and 0.6 mm, are plugged after the tracks have been made, by individual insertion of a varnish droplet, the nature of which is advantageously similar to that savings varnish which will later be used to deposit connection solder on surface-mounted components. On the other hand, the exact composition of the via hole sealing varnish will often be different from that of the saving varnish, since its viscosity must be such that it can fill the via holes without escaping. The appropriate viscosity will be obtained by adjusting the solvent content. One can in particular use a nature of varnish comparable to that of the sparing varnishes supplied by the company CIBA GEIGY, containing an epoxy resin.
Dans la pratique, pour des trous le diamètre compris entre 0,2 et 0,6 mm, présentant un revêtement de cuivre, on sera amené à adopter une viscosité comprise entre 200 et 20 000 centipoises, la viscosité étant d'autant plus élevée que le trou est de plus grand diamètre. In practice, for holes with a diameter between 0.2 and 0.6 mm, having a copper coating, it will be necessary to adopt a viscosity between 200 and 20,000 centipoises, the viscosity being all the higher as the hole is of larger diameter.
La quantité nécessaire de vernis est déposée à l'aide d'une micro-pipette ou micro-seringue 22, généralement portée par une machine de déplacement automatique, programmée de façon que la micro-seringue soit amenée successivement à tous les emplacements de réception de vernis. La micro-seringue peut par exemple être du genre décrit dans le document GB-A-2 129 776 ou WO 90/00852. Cette machine doit autoriser la mise en place de la micro-seringue au moins suivant deux directions x et y orthogonales et parallèles au plan de la carte. Il est possible aussi bien de déplacer la carte par rapport à une micro-seringue fixe que la micro-seringue par rapport à la carte. The necessary quantity of varnish is deposited using a micro-pipette or micro-syringe 22, generally carried by an automatic displacement machine, programmed so that the micro-syringe is successively brought to all the locations for receiving varnish. The micro-syringe can, for example, be of the type described in document GB-A-2 129 776 or WO 90/00852. This machine must authorize the placement of the micro-syringe at least in two directions x and y orthogonal and parallel to the plane of the card. It is possible to move the card in relation to a fixed micro-syringe as well as the micro-syringe in relation to the card.
Le volume de la gouttelette à déposer dans chaque trou de via 20 sera compris entre 50% et 100% du volume intérieur du trou. il est en effet souhaitable d'éviter des débordements excessifs en surface. L'épaisseur h de la carte peut varier dans des limites relativement larges, habituellement entre 0,8 et 3,2 mm : le rapport entre le volume de la gouttelette et le volume du trou sera généralement d'autant plus faible que la carte est plus épaisse. Lorsque la carte est épaisse, il peut être préférable d'utiliser une machine capable de donner à la micro-seringue un déplacement suivant une direction z orthogonale à la carte, pour placer la gouttelette de vernis d'obturation directement à l'intérieur du tour de via 20. The volume of the droplet to be deposited in each hole of via 20 will be between 50% and 100% of the interior volume of the hole. it is indeed desirable to avoid excessive overflows on the surface. The thickness h of the card can vary within relatively wide limits, usually between 0.8 and 3.2 mm: the ratio between the volume of the droplet and the volume of the hole will generally be lower the smaller the card. thicker. When the card is thick, it may be preferable to use a machine capable of giving the micro-syringe a displacement in a direction z orthogonal to the card, to place the droplet of sealing varnish directly inside the lathe from via 20.
La gouttelette, une fois déposée, adhère par capillarité à la paroi du trou, ce qui permet d'obturer successivement tous les trous sans opération intermédiaire. Une fois toutes ces opérations effectuées, le vernis est polymérisé. La polymérisation peut être partielle, puis achevée lorsque le vernis épargne est polymérisé à son tour. The droplet, once deposited, adheres by capillarity to the wall of the hole, which makes it possible to successively close all the holes without any intermediate operation. Once all these operations have been carried out, the varnish is polymerized. The polymerization can be partial, then completed when the sparing varnish is polymerized in turn.
il est également possible d'utiliser une polymérisation complète en étuve du vernis de remplissage dès ce stade.it is also possible to use a complete polymerization in an oven of the filling varnish from this stage.
il faut remarquer qu'un défaut d'obturation complet de quelques trous est sans inconvénient grave, du fait que la section droite restante sera alors très faible et ne gênera pas de façon sensible le maintien d'une carte par dépression. it should be noted that a complete closure defect in a few holes is without serious drawback, since the remaining cross section will then be very small and will not significantly interfere with the maintenance of a card by depression.
La couche de vernis épargne qui permet de recouvrir toutes les zones autres que celles destinées à recevoir de la soudure est ensuite effectuée. Le dépôt du vernis épargne peut s'effectuer de façon classique, par passage de la carte à grande vitesse à travers un rideau de vernis liquide. La viscosité de ce vernis, le débit d'alimentation du rideau, l'épaisseur du rideau, la vitesse du tapis de transport de la carte sont choisis en fonction de l'épaisseur de vernis requise. Etant donné que le vernis déposé est de nature comparable à celle du vernis préalablement utilisé pour boucher les trous, il complète l'obturation et uniformise la surface. The layer of sparing varnish which makes it possible to cover all the zones other than those intended to receive welding is then carried out. The deposit of the savings varnish can be carried out in a conventional manner, by passing the card at high speed through a curtain of liquid varnish. The viscosity of this varnish, the flow rate of the curtain, the thickness of the curtain, the speed of the card conveyor belt are chosen according to the thickness of varnish required. Since the varnish deposited is of a nature comparable to that of the varnish previously used to plug the holes, it completes the filling and standardizes the surface.
Le vernis ainsi déposé est séché, puis soumis à une opération de photo-lithographie : pour cela le vernis séché est pré-polymérisé par rayonnement ultraviolet à travers un masque reproduisant les zones à protéger. La carte est plongée dans un révélateur qui dissout les zones non polymérisées par les ultraviolets. La polymérisation du vernis est ensuite achevée en étuve. La soudure nécessaire aux liaisons des composants est déposée dans les zones restées à nu. La suite des opérations de fabrication de la carte est entièrement classique. The varnish thus deposited is dried, then subjected to a photo-lithography operation: for this the dried varnish is pre-polymerized by ultraviolet radiation through a mask reproducing the areas to be protected. The card is immersed in a developer that dissolves areas not cured by ultraviolet light. The polymerization of the varnish is then completed in an oven. The solder necessary for the component connections is deposited in the areas which have remained bare. The following operations for manufacturing the card are entirely conventional.
Le vernis contenu dans les trous et le vernis de revêtement constituent un ensemble homogène et continu. il autorise la vérification des cartes câblées, avant ou après mise en place des composants, avec maintien par dépression de façon sûre et efficace. The varnish contained in the holes and the coating varnish constitute a homogeneous and continuous whole. it authorizes the verification of the wired cards, before or after installation of the components, with vacuum maintenance in a safe and efficient manner.
Après fixation des composants, le circuit hybride constitué par la carte et les éléments qu'elle porte peut être de nouveau recouverte d'un vernis continu de protection. After fixing the components, the hybrid circuit consisting of the card and the elements it carries can be again covered with a continuous protective varnish.
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