FR3101748A1 - Procédé de fabrication d’un circuit imprimé et circuit imprimé - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un circuit imprimé qui comporte les étapes de fourniture d’un substrat isolant 20 comportant une face, de dépose d’une couche de colle repositionnable 21 sur le substrat isolant 20, de fourniture d’une couche conductrice 22 sur la couche de colle repositionnable 21, de découpe d’un motif sur la couche conductrice, ledit motif définissant les contours d’un circuit électrique 221, de décollage de la couche conductrice 22 limité aux parties 222 de ladite couche 22 qui ne correspondent pas au circuit électrique. Figure pour l’abrégé : Fig.4
Description
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un circuit imprimé ainsi qu’au circuit imprimé obtenu par le procédé.
Arrière-Plan Technologique
Un circuit imprimé (en anglais, PCB pour Printed Circuit Board) est un support, généralement une plaque, comprenant un substrat isolant supportant une couche conductrice formant un circuit électrique servant à relier électriquement un ensemble de composants électroniques entre eux, dans l'objectif de réaliser un circuit électronique complexe. Les circuits imprimés sont également utilisés pour réaliser des circuits électriques simples tels que par exemple, des connecteurs, des capteurs ou des antennes. Ils peuvent consister en un empilage alterné de couches conductrices et de couches isolantes pour permettre de réaliser des circuits électriques complexes.
La fabrication d'un circuit imprimé s'effectue classiquement en réalisant des motifs métallisés sur un support diélectrique ou isolant, en utilisant des techniques de photogravure ou de dépôt de la couche conductrice sur un substrat. Les substrats et les techniques de fabrication peuvent être très variés suivant l’application qui est faite du circuit imprimé. Les substrats peuvent être de la bakélite, de la résine époxy, du polyester, du polyimide plus connu sous la marque KAPTON®, du carton ou du papier. La couche conductrice peut être une couche de cuivre, d’aluminium, d’or ou d’argent ou encore de l’encre conductrice comportant l’un de ces matériaux. Les techniques utilisées pour réaliser le circuit électrique varie selon le type de substrat et de couche conductrice, ainsi il est possible d’utiliser de la gravure par attaque acide, de la gravure laser, du dépôt en couche mince, de la sérigraphie ou encore de l’impression par jet d’encre.
L’utilisation de la gravure par attaque acide ou par laser est communément utilisée pour les cartes électroniques. La gravure dissout ou vaporise une partie d’une couche conductrice, solidaire du substrat, qui ne correspond pas au circuit électrique. La matière ainsi enlevée est coûteuse à recycler. Le dépôt en couche mince est relativement coûteux à mettre en œuvre mais permet de réaliser des circuits transparents, tel que par exemple utilisés dans certains écrans. La sérigraphie et l’impression par jet d’encre sont utilisées pour des circuit imprimés flexibles ou des substrats ne résistant pas aux autres procédés, tels que par exemple le papier. Les encres conductrices sont relativement coûteuses.
Pour certaines applications, telles que par exemple la réalisation d’antennes en champ proche, ces procédés classiques de réalisation de circuits imprimés ne sont pas utilisables. En effet, la couche métallique formant le circuit électrique a une surface relativement réduite par rapport à la taille du circuit imprimé. En outre, de tels circuits imprimés doivent être réalisés à bas coût pour permettre une plus large diffusion. Des procédés alternatifs ont été développés afin de réduire la consommation de métal dans le procédé de fabrication.
La demande WO 2009/118455 présente un état des lieux de solutions alternatives incluant des reports de pistes métalliques ainsi que du collage partiel d’une couche métallique et décrit une solution mixant le collage partiel et la gravure par laser. La solution apportée par la demande WO 2009/118455 propose de réaliser un encollage partiel d’une couche conductrice sur un substrat isolant à l’aide d’une couche d’encollage sur laquelle un motif englobant le motif des pistes à réaliser, afin de pouvoir récupérer une partie de la couche conductrice après gravure par attaque acide ou par laser. Le procédé divulgué ne permet de récupérer qu’une partie du métal de la couche conductrice et nécessite une étape de masquage de la couche d’encollage.
L’invention vise à proposer un nouveau procédé de réalisation d’un circuit imprimé qui permet de réduire les coûts de fabrication. L’invention réalise l’assemblage d’une couche conductrice sur le substrat à l’aide d’une couche d’encollage dite repositionnable qui permet un décollage facile de la couche métallique. La couche métallique est ensuite découpée selon un motif correspondant au circuit à réaliser. Puis, la partie de la couche métallique ne correspondant pas au circuit est ensuite décollée.
Ainsi, l’invention propose un procédé de fabrication d’un circuit imprimé qui comporte les étapes de :
- fourniture d’un substrat isolant comportant une face ;
- dépose d’une couche de colle repositionnable sur la face du substrat isolant ;
- fourniture d’une couche conductrice sur la couche de colle repositionnable ;
- découpe d’un motif sur la couche conductrice, ledit motif définissant les contours d’un circuit électrique ;
- décollage de la couche conductrice limité aux parties de ladite couche qui ne correspondent pas au circuit électrique.
- fourniture d’un substrat isolant comportant une face ;
- dépose d’une couche de colle repositionnable sur la face du substrat isolant ;
- fourniture d’une couche conductrice sur la couche de colle repositionnable ;
- découpe d’un motif sur la couche conductrice, ledit motif définissant les contours d’un circuit électrique ;
- décollage de la couche conductrice limité aux parties de ladite couche qui ne correspondent pas au circuit électrique.
Un tel procédé permet de récupérer la quasi-totalité du métal inutilisé de la couche conductrice et donc de réduire les coûts de recyclage s’y afférant. En outre, aucune étape de masquage n’est nécessaire pour assurer le collage de la couche métallique, ce qui permet de réduire les étapes de fabrication. De plus, un tel procédé est compatible avec tout type de substrat.
Suivant un mode réalisation la colle repositionnable peut être une colle à séchage lent dont la durée de séchage est supérieure à la durée de réalisation des étapes de fourniture, de découpe et de décollage de la couche conductrice.
Suivant un autre mode de réalisation la colle repositionnable peut être une colle polymérisable et une étape de polymérisation de la colle peut être réalisée après l’étape de décollage de la couche conductrice.
Afin de réaliser le minimum de perte, l’étape de découpe d’un motif peut être réalisée à l’aide d’une table traçante munie d’un outil de découpe.
Selon une première alternative, l’outil de découpe peut être un laser dont la puissance et la vitesse de déplacement sont déterminées pour dissoudre la couche conductrice sans endommager le substrat.
Selon une deuxième alternative, l’outil de découpe peut être une lame de découpe ou une scie dont la profondeur de coupe est réglée pour aboutir dans la couche de colle.
Selon différents choix, le décollage de la couche métallique peut être réalisé à l’aide d’un palpeur à succion.
Selon un autre aspect, l’invention propose un circuit imprimé comportant un substrat isolant sur lequel est collée une couche conductrice gravée formant un circuit électrique, le circuit imprimé étant obtenu par le procédé.
Selon différents choix de fabrication, le substrat peut être compris dans la liste de matériaux suivante : bakélite, résine époxy, polyester, polyimide, verre, bois, panneau de particules agglomérées, carton, papier. La couche conductrice peut être une couche métallique en aluminium ou en cuivre. La couche conductrice (22) a une épaisseur comprise entre 50 et 200 micromètres.
Brève Description des figures
L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs, et faisant référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
Description détaillée
Dans le présent document, on désigne par colle repositionnable une colle qui permet le collage et le décollage de deux couches. Par colle repositionnable, on considère différents types de colle tels que des colles à séchage lent, c’est-à-dire dont la durée de séchage est très longue et permet donc pendant cette durée de coller et décoller deux couches de matériaux tant que ladite colle repositionnable n’est pas sèche. Un autre exemple de colle repositionnable est relatif aux colles polymérisables qui autorisent le décollage tant que la colle n’est pas polymérisée.
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 les épaisseurs des différentes couches et les dimensions des motifs réalisés ne permettent pas la réalisation de schémas compréhensibles si ceux-ci sont réalisés en gardant un rapport de dimension proche de la réalité.
La figure 1 montre un exemple de circuit imprimé correspondant à un plateau de détection en champ proche. Un tel plateau de détection en champ proche est par exemple détaillé dans la demande de brevet français déposée le 29 août 2019, sous le numéro 19-09528. Un premier substrat 10 comporte une pluralité d’antennes 11 de formes allongées dans une première direction. Un deuxième substrat 12 comporte une pluralité d’antennes 13 de formes allongées dans une deuxième direction ainsi que des via 14. Le deuxième substrat 12 est placé sur le premier substrat 10 afin de réaliser une grille d’antennes entrecroisées permettant une détection et une localisation précise d’une étiquette électronique placée sur le plateau. Ce type de plateau peut être utilisé comme plateau de jeu ou comme présentoir de produits. Typiquement, la taille d’un tel plateau est de l’ordre de quelques dizaines de centimètres jusqu’à quelques mètres de côté. Les conducteurs formant les antennes sont de l’ordre de quelques millimètres et sont séparés de quelques millimètres à quelques centimètres dans la partie centrale.
De plus, suivant l’application qui est faite du plateau, de nombreux matériaux peuvent être préférés. Pour un plateau de jeu, le premier substrat peut être du carton de quelques millimètres d’épaisseur et le deuxième substrat peut être une feuille de papier. Pour un plateau de présentoir, des substrats plus conventionnels tels que, par exemple, de la résine époxy.
Au vu des dimensions de tels circuits imprimés et des matériaux utilisés comme substrat, l’invention propose un procédé de fabrication particulièrement adapté à ce type de réalisation. Le procédé selon l’invention pourra être utilisé pour d’autres type de circuits imprimés et se trouve être particulièrement avantageux pour les circuits de grande taille. Néanmoins, le procédé selon l’invention est utilisable pour tout type de circuit imprimé.
La figure 2 illustre l’assemblage du substrat 20 avec une couche conductrice 30. Dans une première étape, correspondant à la figure 2a, un substrat isolant 20 est fourni sur un plan de travail. Le substrat peut être tout type de matériau dès lors que ledit matériau est isolant. A titre d’exemple non limitatif le matériau du substrat 20 peut être de la bakélite, de la résine époxy, du polyester, du polyimide, du verre, du bois, un panneau de particules agglomérées, du carton ou du papier.
Dans une deuxième étape, correspondant à la figure 2b, une couche de colle repositionnable 21 est déposée sur la face supérieure du substrat 20. Le dépôt de la couche de colle repositionnable 21 peut se faire par pulvérisation, à l’aide d’un rouleau ou d’un pinceau imbibé de colle repositionnable. Selon l’invention, toute la surface du plateau est recouverte de colle indépendamment d’une forme du circuit à imprimer néanmoins des parties du plateau non utiles au circuit, par exemple les bords du plateau, peuvent ne pas être recouvertes de colle.
Selon un mode réalisation, la colle repositionnable est une colle à séchage lent. Le temps de séchage de la colle doit permettre le décollage pendant toute la durée du procédé de l’invention. A titre d’exemple non limitatif, un temps de séchage de l’ordre de 30 minutes à une heure peut convenir. Le choix de la colle dépend du matériau du substrat. A titre d’exemple, la colle repositionnable est une colle à base de carboxyméthycellulose de sodium et d’hydroxyéthylcellulose présentant l’avantage d’utiliser l’eau comme solvant et d’avoir un temps de séchage ajustable en fonction des proportions de ses composants. Cependant, tout type de colle ayant des propriétés de séchage lent peut être utilisée.
Selon un autre mode de réalisation, la colle repositionnable est une colle à base d’époxy ou d’acrylate polymérisable aux ultraviolets ou à une température comprise entre 60°C et 100°C. Une colle polymérisable permet de s’affranchir totalement de la durée de fabrication mais nécessite une étape supplémentaire de polymérisation.
La couche de colle étant déposée sur le substrat, on effectue une troisième étape, représentée sur la figure 2c. La troisième étape consiste à fournir une couche conductrice 22 sur la couche de colle repositionnable 21. Pour assurer une bonne adhérence pendant le reste du procédé, une pression est exercée sur la couche conductrice à l’aide d’une plaque ou d’un rouleau non représenté. La couche conductrice peut être en aluminium ou en cuivre, l’aluminium présentant l’avantage d’être moins coûteux et plus ductile que le cuivre. L’épaisseur de la couche conductrice est de préférence supérieure à cinquante micromètres afin d’éviter un déchirement lors de l’étape de décollage décrite plus loin dans cette description. Afin de faciliter une étape de découpe décrite plus loin dans la description, l’épaisseur de ladite couche conductrice est de préférence inférieure à 200 micromètres. Selon un mode réalisation préféré, la couche conductrice peut être fournie à partir d’un rouleau se déplaçant sur la couche de colle repositionnable tout en exerçant une pression qui en assure le collage au fur et à mesure du dépôt de ladite couche conductrice.
Une quatrième étape, illustrée par la figure 3, est ensuite réalisée. La quatrième étape est une découpe de la couche conductrice 22 selon un motif définissant le contour d’un circuit électrique 221. Selon l’invention, une découpe fine est réalisée à l’aide d’un outil de découpe qui est, à titre d’exemple non limitatif, un laser, une lame de coupe ou une scie. Le choix de l’outil doit être fait en fonction du matériau de la couche conductrice et de l’épaisseur de la couche à découper. Ainsi, la couche conductrice 22 se trouve divisée en deux parties, l’une définissant le circuit électrique à réaliser et l’autre correspondant à un rebut 222, les deux parties étant séparées par des gorges de découpe 223.
La découpe est par exemple réalisée à l’aide d’une table de découpe ou d’un bras articulé muni de l’outil de découpe. Si l’outil de découpe est un laser, la puissance de celui-ci est réglée à une puissance correspondant à la vaporisation de la couche conductrice au bout d’une durée correspondant à une vitesse de déplacement de l’outil afin de ne pas endommager le substrat. Si l’outil de découpe est une lame ou une scie, la profondeur de découpe de l’outil est préférentiellement réglée sur une profondeur de découpe qui ne traverse pas la couche de colle repositionnable afin de ne pas endommager le substrat 20.
Une cinquième étape, illustrée par la figure 4, consiste à retirer la partie de la couche conductrice qui ne correspond pas au circuit électrique 221. L’ensemble comprenant le substrat 20 et la couche conductrice découpée 22 est placé sur une table aspirante 40 munie de trous d’aspiration 41 pour maintenir le substrat 20 plaqué contre la table aspirante 40 par dépression. Un palpeur 42 monté sur un bras de manipulation non représenté vient saisir une extrémité d’un rebut 222 par aspiration puis décolle progressivement le rebut 222. L’opération est réalisée autant de fois que nécessaire pour décoller tous les rebuts 222 de la couche conductrice 22. Plusieurs palpeurs 42 peuvent être utilisés en parallèle pour que l’étape de décollage soit plus rapide.
Selon une variante, la table aspirante 40 est aussi utilisée pendant l’étape de découpe et constitue le plateau de la table traçante. Avantageusement, l’outil de découpe et le palpeur 42 sont tous deux manipulés par ladite table traçante.
Selon d’autres variantes, il est possible de remplacer le palpeur 42 par un crochet ou une pince qui vient saisir une extrémité d’un rebut 222. Le décollage peut également se faire par enroulement du rebut 222 autour d’une tige comportant radialement le palpeur 42, le crochet ou la pince. L’important est de saisir une extrémité d’un rebut 222 afin de le retirer progressivement en appliquant une force de décollage inférieure à la force de maintien du substrat sur la table aspirante 40.
Toujours en variante, la table aspirante peut être remplacée par des moyens de maintien par pression mécanique sur un plateau. L’utilisation de moyens de maintien par pression mécanique ne pouvant agir que sur les bords du substrat, il convient toutefois que le substrat soit rigide pour utiliser de tels moyens. L’utilisation de moyen de maintien mécanique permet d’avoir un plateau mobile et par exemple d’utiliser une imprimante à traceur sur laquelle l’outil de découpe serait monté.
L’homme du métier remarquera que les rebuts 22 sont très facilement recyclables car ils sont constitués essentiellement du matériau de la couche conductrice, la colle repositionnable pouvant être aisément supprimée à l’aide d’un solvant approprié.
La cinquième étape de décollage étant terminée, on obtient le circuit imprimé représenté sur la figure 5. L’étape suivante consiste en une étape de séchage de la colle repositionnable. Cette étape consiste à laisser sécher la colle si ladite colle repositionnable est à séchage lent, ou à réaliser une étape de polymérisation par UV ou par apport de chaleur.
Un autre avantage est qu’aucune étape de masquage n’est utilisée. Cela permet notamment de réduire le nombre d’étapes de fabrication par rapport à la technique employée dans la demande WO 2009/118455, ce qui réduit les coûts de fabrication.
Lorsque la colle repositionnable est sèche ou polymérisée, le circuit imprimé ainsi réalisé peut être utilisé comme un circuit imprimé conventionnel. Si des via sont prévus afin d’empiler plusieurs circuits imprimés, ceux-ci pourront être réalisés, selon une technique connue, par perçage du substrat et dépôt de colle conductrice, par soudure ou encore à l’aide de rivets d’interconnexion.
De nombreuses variantes sont possibles en fonction des choix de matériaux tels que décrits précédemment, l’important étant d’utiliser une colle qui assure un maintien de la couche conductrice sur le substrat durant les étapes de découpe et de décollage du rebut.
Claims (11)
- Procédé de fabrication d’un circuit imprimé qui comporte les étapes de :
- fourniture d’un substrat isolant (20) comportant une face ;
- dépose d’une couche de colle repositionnable (21) sur la face du substrat isolant ;
- fourniture d’une couche conductrice (22) sur la couche de colle repositionnable (21) ;
- découpe d’un motif sur la couche conductrice, ledit motif définissant les contours d’un circuit électrique (221) ;
- décollage de la couche conductrice (22) limité aux parties (222) de ladite couche (22) qui ne correspondent pas au circuit électrique. - Procédé selon la revendication 1, dans lequel la colle repositionnable (21) est une colle à séchage lent dont la durée de séchage est supérieure à la durée de réalisation des étapes de fourniture, de découpe et de décollage de la couche conductrice (22).
- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la colle repositionnable (21) est une colle polymérisable et dans lequel une étape de polymérisation de la colle est réalisée après l’étape de décollage de la couche conductrice.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape de découpe d’un motif est réalisée à l’aide d’une table traçante munie d’un outil de découpe.
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’outil de découpe est un laser dont la puissance et la vitesse de déplacement sont déterminées pour dissoudre la couche conductrice (22) sans endommager le substrat (20).
- Procédé selon la revendication 4, dans lequel l’outil de découpe est une lame de découpe ou une scie dont la profondeur de coupe est réglée pour aboutir dans la couche de colle (21).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le décollage de la couche métallique (222) est réalisé à l’aide d’un palpeur à succion (42).
- Circuit imprimé comportant un substrat isolant (20) sur lequel est collé une couche conductrice (22) gravée formant un circuit électrique (221), caractérisé en ce que le circuit imprimé est obtenu par le procédé selon l’une des revendications précédentes.
- Circuit imprimé selon la revendication précédente, dans lequel le substrat (20) est compris dans la liste de matériaux suivante : bakélite, résine époxy, polyester, polyimide, verre, bois, panneau de particules agglomérées, carton, papier.
- Circuit imprimé selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la couche conductrice (22) est une couche métallique en aluminium ou en cuivre.
- Circuit imprimé selon l’une des revendications 8 à 10, dans lequel la couche conductrice (22) a une épaisseur comprise entre 50 et 200 micromètres.
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| FR1911061A Withdrawn FR3101748A1 (fr) | 2019-10-07 | 2019-10-07 | Procédé de fabrication d’un circuit imprimé et circuit imprimé |
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Citations (4)
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2019
- 2019-10-07 FR FR1911061A patent/FR3101748A1/fr not_active Withdrawn
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