ES2327003T3 - Procedimiento para la realizacion de un circuito impreso en una superficie no desarrollable y circuito impreso asi obtenido. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la realización de un circuito impreso (2) que comprende unos motivos eléctricamente conductores (7) portados por una superficie no desarrollable de tres dimensiones (6) de un sustrato eléctricamente aislante (5), comprendiendo cada motivo (7) eléctricamente conductor: - una base (7E) que reposa sobre dicha superficie no desarrollable (6) y realizada con un barniz eléctricamente conductor; y - un revestimiento (7R) que reposa sobre dicha base (7E) y realizada en un metal eléctricamente buen conductor, caracterizado porque dichas bases (7E) están realizadas por proyección de chorro de dicho barniz sobre dicha superficie no desarrollable (6) por medio de un cabezal de proyección móvil, similar a un cabezal de impresión por chorro de tinta.
Description
Procedimiento para la realización de un circuito
impreso en una superficie no desarrollable y circuito impreso así
obtenido.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la realización de un circuito impreso provisto de
motivos eléctricamente conductores sobre una superficie no
desarrollable de tres dimensiones de su sustrato aislante. Aunque
no exclusivamente, esta invención es particularmente apropiada para
la realización, sobre una superficie al menos aproximadamente en
forma de paraboloide, de hiperparaboloide, etc... de una rejilla de
polarización (antena de reutilización de frecuencia) o de una serie
de motivos resonantes (antenas dicroicas). La invención se refiere
igualmente a un circuito impreso obtenido por la realización de este
procedimiento.
Para realizar unos circuitos impresos precisos,
directamente sobre superficies de tres dimensiones no
desarrollables, se puede realizar el procedimiento descrito en los
documentos US-4 738 746; EP-0 241
331 y FR-2596 230. En este procedimiento, se
comienza por recubrir uniformemente dicha superficie, entonces no
desarrollable de tres dimensiones, con una capa de un material
eléctricamente conductor, que se recubre a su vez con una capa de
un material de protección. Después de la formación de dichas capas
de material conductor y de material de protección, se traza
mecánicamente sobre estas el contorno de dichos motivos por medio de
una herramienta que abriendo surcos cuya profundidad sea al menos
igual al espesor de dicha capa de protección, después se somete a
dichas capas a la acción de un agente químico susceptible de atacar
selectivamente dicho material eléctricamente conductor sin atacar
dicho material de protección, siendo esta operación de ataque
químico proseguida durante un tiempo suficiente para que dicho
material eléctricamente conductor sea eliminado en todo su espesor
en la vertical de dichos surcos, después de lo cual se separan del
sustrato, por pelado, las partes de dicha capa de material
eléctricamente conductor exteriores a dichos motivos.
De este modo, gracias a este último
procedimiento, se pueden realizar directamente motivos
eléctricamente conductores sobre unas superficies no desarrollables
de tres dimensiones sin tener que recurrir a una máscara o a un
sustrato auxiliar con los cuales, por otro lado, sería técnicamente
difícil obtener motivos tan precisos tanto a nivel de su forma como
de su posición sobre dichas superficies.
En uno de tales procedimientos anteriores, para
el trazado de los contornos de dichos motivos eléctricamente
conductores, se utiliza una herramienta provista al menos una punta
de grabación o al menos una hoja cortadora, estando dicha
herramienta montada en una máquina (por ejemplo de control numérico
y de cinco ejes de rotación) encargada de desplazarla relativamente
a la superficie no desarrollable.
Se puede de este modo realizar unos dispositivos
de superficie no desarrollable que llevan motivos eléctricamente
conductores, de forma cómoda y precisa. Por ejemplo, la realización
de este procedimiento conocido permite la realización de
reflectores de rejilla de gran calidad, aptos para trabajar en la
banda Ku (de 11 a 18 GHz) y formados por al menos una red de hilos
conductores paralelos, teniendo estos hilos conductores una anchura
de 0,25 mm, un espesor de 35 micrómetros y estando repartidos con un
paso de 1 mm sobre una superficie al menos aproximadamente en forma
de paraboloide, cuyo diámetro de abertura puede alcanzar 2300
mm.
Sin embargo, este procedimiento anterior
presenta unos límites de orden técnico y económico. Por ejemplo, si
en lugar de un reflector de rejilla destinado a trabajar en la banda
Ku, se desea realizar uno de tales reflectores destinados a la
banda Ka (de 20 a 30 GHz), la anchura, el espesor y el paso de
repartición de los hilos conductores se hacen más débiles (por
ejemplo, respectivamente, 0,125 mm, 18 micrómetros y 0,5 mm) y de
ello se deducen las dificultades debidas a la anchura más débil y al
espesor más débil de los hilos conductores y de las zonas
entre
hilos:
hilos:
- los parámetros de trazado de los motivos
conductores (presión y disposición de las puntas o de las cuchillas
de grabación) y los parámetros de ataque químico (duración) se hacen
más sensibles, de manera que de ello se deducen defectos geométricos
y una fragilización de los hilos conductores durante el pelado;
- durante el trazado de los hilos conductores,
los efectos de los bordes se hacen más significativos, las puntas o
las lamas estampan, a modo de una reja, el material conductor de
espesor reducido y disminuyendo la adherencia de los hilos
conductores sobre el sustrato; y
- las zonas entre los hilos son frágiles y son
por tanto susceptibles de romperse durante el pelado.
De ello se deduce que se debe velar porque la
herramienta ejerza un trazado siempre perfecto y que el desarrollo
del procedimiento deba ser ralentizado, lo que aumenta los costes de
fabricación de uno de tales reflectores.
Por otro lado, por el documento
DE-40 10 244 A1, se conoce un procedimiento que
permite realizar un circuito impreso sobre una superficie no
desarrollable de tres dimensiones. En este procedimiento, se recubre
uniformemente dicha superficie con una capa de un barniz
eléctricamente conductor, después se recorte con láser dicha capa
con la forma del circuito impreso. Por último, se metaliza el esbozo
del circuito impreso así obtenido, con el fin de obtener el
circuito impreso definitivo.
De este modo, el procedimiento descrito en el
documento DE-40 10 244 A1 permite realizar los
motivos de los circuitos impresos sin tener que recortar
mecánicamente por contacto una capa de material eléctricamente
conductor. Sin embargo, durante la ablación con láser de la capa
uniforme de barniz eléctricamente conductor, se corre el riesgo de
dañar diña superficie no desarrollable.
La presente invención tiene por objeto poner
remedio a los inconvenientes de los procedimientos de la técnica
anterior.
Con este fin, según la invención, el
procedimiento para la realización de un circuito impreso que
comprende motivos eléctricamente conductores portados por una
superficie no desarrollable de tres dimensiones de un sustrato
eléctricamente aislante, comprendiendo cada motivo eléctricamente
conductor:
- una base que reposa sobre dicha superficie no
desarrollable y realizada de un barniz eléctricamente conductor;
y
- un revestimiento que reposa sobre dicha base y
realizado en un metal eléctricamente buen conductor,
es remarcable porque dichas bases están
realizadas por proyección de chorro de dicho barniz sobre dicha
superficie no desarrollable por medio de un cabezal de proyección
móvil, semejante a un cabezal de impresión por chorro de tinta.
De este modo, gracias a la presente invención,
se hace posible realizar dichos motivos sin tener que recortar
mecánicamente por contacto o por láser una capa de material
eléctricamente conductor, lo que elimina los inconvenientes
mencionados anteriormente. Dichas bases de los motivos pueden ser
realizadas sobre dicha superficie no desarrollable con la ayuda de
un material poco conductor, pero que permita proyectar cómodamente
unos esbozos de dichos motivos, mientras que estos esbozos son
luego utilizados para formar por vía electrolítica dichos
revestimientos en un metal buen conductor de la electricidad.
Se puede realizar de ese modo motivos de
pequeñas dimensiones cuyas bases y revestimientos presenten
espesores bajos.
Aunque pueda ser eléctricamente un mal
conductor, el material de dichas bases (el barniz) debe permitir el
depósito electrolítico de dichos revestimientos. Con este fin, es
ventajoso que su resistividad sea inferior a 30.10^{-6}
\Omega.cm, preferentemente inferior a 20.10^{-6} \Omega.cm. El
material de dichas bases puede ser un barniz que contenga
partículas eléctricamente conductoras, por ejemplo partículas
metálicas o de carbono.
Para desplazar dicho cabezal de proyección con
respecto a dicha superficie no desarrollable y formar dichas bases
en correspondencia con dichos motivos correspondientes, se puede
utilizar ventajosamente una máquina similar a la mencionada
anteriormente, prevista para la realización del procedimiento
anterior del documento US-4 738 746.
Para que dicho circuito impreso según la
invención pueda cumplir su función, el material constitutivo de
dichos revestimientos debe ser buen conductor de la electricidad;
por ejemplo, su resistividad debe ser inferior a 3. 10^{-6}
\Omega.cm, preferentemente como mucho igual a 2,5. 10^{-6}
\Omega.cm. Este material puede ser de cuero, de oro, etc...
En el caso particular en el que el circuito
impreso conforme a la presente invención sea un reflector de antena
que trabaje a una frecuencia de al menos 20 GHz, el espesor de
dichas bases puede ser inferior a 20 micrómetros, mientras que el
espesor de dichos revestimientos puede ser como mucho igual a 1
micrómetro, por ejemplo 0,5 micrómetros.
Preferentemente, dichos revestimientos
electrolíticos son depositados selectivamente en el tampón sobre
dichas bases.
Para hacer esto, se utiliza una herramienta
conocida de depósito electrolítico en el tampón que se desplaza,
con respecto a dicha superficie no desarrollable, quedando en
contacto con dichas bases. Ahí además, para desplazar dicha
herramienta de depósito, se puede utilizar ventajosamente una
máquina semejante a la mencionada antes, prevista para la
realización del procedimiento anterior del documento
US-4- 738 746.
Las figuras del dibujo anexo harán bien
comprender cómo puede ser realizada la invención. En estas figuras,
referencias idénticas designan elementos semejantes.
La figura 1 representa esquemáticamente un
dispositivo de antena, cuyo reflector (representado en corte
diametral) está provisto de motivos eléctricamente conductores
realizados por la realización del procedimiento conforme a la
presente invención.
La figura 2 es una vista de cara esquemática
ampliada de una parte del reflector de la figura 1, que ilustra la
forma y la disposición de dichos motivos eléctricamente
conductores.
Las figuras 3A y 3B ilustran esquemáticamente,
con la ayuda de vistas de secciones transversales con respecto a la
figura 2, el procedimiento de realización del reflector de antena de
las figuras 1 y 2.
La figura 4 ilustra esquemáticamente la etapa
del procedimiento de la invención que se refiere al revestimiento
electrolítico selectivo del tampón de las bases de los motivos
eléctricamente conductores.
En las figuras 2, 3A, 3B y 4, la superficie del
reflector que lleva los motivos eléctricamente conductores, aunque
sea cóncavo y no desarrollable, es representada plana por facilidad
de diseño.
En la figura 1, se ha representado
esquemáticamente un dispositivo de antena 1 provisto de un reflector
de antena 2 (representado en sección diametral), soportado por una
superficie de apoyo 3, por medio de un soporte 4.
El reflector 2 comprende un sustrato
eléctricamente aislante 5 (por ejemplo de material compuesto), cuya
superficie 6 opuesta al soporte 4 es cóncava y presenta una forma
no desarrollable, por ejemplo la forma al menos aproximativa de un
paraboloide, de un hiperboloide, etc.. En esta superficie 6 no
desarrollable de tres dimensiones, el reflector 2 lleva unos
motivos eléctricamente conductores, formados, en el ejemplo
representado, por unos conductores 7 paralelos unos a otros y
equidistantes. Cada conductor 7 presenta una sección rectangular de
anchura l (del orden de 0,1 mm) y de espesor e (como mucho igual a
20 micrómetros) y el paso de repartición de los conductores
paralelos 7 es designado por p (del orden de 0,5 mm). De este modo,
entre dos conductores 7 adyacentes está dispuesta una zona de
separación 8, en forma de banda que tiene una anchura igual a p
(véanse igualmente las figuras 2 y 3).
El diámetro D de la abertura del reflector 2
puede ser del orden de 2300 mm.
Como lo muestra la figura 3B, cada conductor 7
está compuesto de una base 7E, que reposa sobre la superficie no
desarrollable 6, y de un revestimiento 7R, que reposa sobre dicha
base 7E. La base 7E presenta un espesor e1 del orden de 20
micrómetros, mientras que el espesor e2 del revestimiento 7R es como
mucho igual a 1 micrómetro.
Para realizar el reflector 2, se procede primero
a una etapa preliminar esquemáticamente ilustrada en la figura 3A.
Según esta etapa preliminar, se deposita en la superficie no
desarrollable 6 del sustrato aislante 5, con ayuda de un cabezal de
proyección móvil (no representado) semejante a un cabezal de
impresión por chorro de tinta, un barniz eléctricamente conductor
(cuya resistividad sea inferior a 30. 10^{-6} \Omega.cm, por
ejemplo inferior a 20. 10^{-6} \Omega.cm) formando unos esbozos
de los conductores 7, siendo el espesor de dichos esbozos igual a
e1. Dichos esbozos están destinados a formas las bases 7E descritas
anteriormente.
Al final de dicha etapa preliminar, se obtiene
entonces un esbozo 2E del reflector, tal como se ha representado en
la figura 3A.
Después, para obtener el reflector 2 a partir
del esbozo 2E, se forma sobre las bases 7E un depósito electrolítico
destinado a formar los revestimientos 7R (figura 3B).
Para hacer esto, se realiza la herramienta de
depósito selectivo en el tampón 10, de tipo conocido y representado
esquemáticamente en la figura 4. La herramienta 10 comprende un
bloque 11, por ejemplo de grafito, recubierto de un bonete
esponjoso 12. El bloque 11 está ligado a un polo + (o a un polo -)
para servir de ánodo (o de cátodo), mientras que el bonete
esponjoso 12 está impregnado de un electrolito, apto para depositar
el metal (por ejemplo cobre, oro, etc...) que se desea para formar
los revestimientos 7R.
Como se ha representado esquemáticamente en la
figura 4, para revestir una base 7E con un revestimiento 7R (y
obtener de este modo un conductor 7), se une dicha base 7E a un polo
- (o a un polo +) y se desplaza (flecha F) la herramienta 10 con
respecto a dicha base 7E, estando el bonete 12 en contacto con esta
última.
De este modo, por electrolisis, el electrolito
que impregna el bonete 12 deposita el revestimiento 7R sobre la
base 7F.
En lo anterior, se remarcará que la realización
de la presente invención es:
- económica y rápida, especialmente por el hecho
de que las velocidades de impresión por chorro y de electrolisis en
el tampón pueden ser muy rápidas (por ejemplo 0,1 m/s) y porque se
pueden utilizar varios cabezales de impresión y varias herramientas
de depósito electrolítico simultáneamente;
- reversible, puesto que un error de
programación de la máquina o una anomalía de impresión o de depósito
electrolítico puede ser corregida, pudiendo retomarse el proceso
después de la eliminación de dicha anomalía, sin alteración del
sustrato 5;
- robusta, puesto que elimina todo recorte
mecánico de motivos muy finos; y
- versátil, puesto que permite la realización de
motivos conductores de formas variadas.
Claims (6)
1. Procedimiento para la realización de un
circuito impreso (2) que comprende unos motivos eléctricamente
conductores (7) portados por una superficie no desarrollable de tres
dimensiones (6) de un sustrato eléctricamente aislante (5),
comprendiendo cada motivo (7) eléctricamente conductor:
- -
- una base (7E) que reposa sobre dicha superficie no desarrollable (6) y realizada con un barniz eléctricamente conductor; y
- -
- un revestimiento (7R) que reposa sobre dicha base (7E) y realizada en un metal eléctricamente buen conductor,
caracterizado porque dichas bases (7E)
están realizadas por proyección de chorro de dicho barniz sobre
dicha superficie no desarrollable (6) por medio de un cabezal de
proyección móvil, similar a un cabezal de impresión por chorro de
tinta.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el cual dichos revestimientos (7R) son realizados sobre dichas
bases (7E) por electrolisis, caracterizado porque los
revestimientos electrolíticos (7R) son depositados selectivamente
sobre dichas bases con ayuda de un tampón móvil (10).
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la resistividad
de dicho barniz eléctricamente conductor es inferior a 30.10^{-6}
\Omega.cm.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la resistividad
del metal que constituye dichos revestimientos (7R) es inferior a
3.10^{-6} \Omega.cm.
5. Circuito impreso obtenido por el
procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, destinado a
formar un reflector de antena que trabaja a una frecuencia al menos
igual a 20 GHz, caracterizado porque el espesor de dichas
bases (7E) es al menos igual a 20 micrómetros).
6. Circuito impreso según la reivindicación 5,
caracterizado porque el espesor de dichos revestimientos (7R)
es al menos igual a un micrómetro.
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