FR2809583A1 - Printed circuit layering technique/method having adhesive layer with sections added having different surface centre of gravity and pressure centre adhesive layer centre of gravity based. - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé de stratification d'une plaquette de circuit imprimé sur une plaquette de base, comportant les opérations consistant ' pourvoir d'une couche adhésive au moins l'une des pièces à stratifier l'une avec l'autre, au moins l'une des pièces à stratifier l'une avec l'autre et couche adhésive comportant des centres de gravité différents, à disposer les pièces à stratifier l'une avec l'autre entre des moyens de portée et un dispositif d'application de pression et à rendre les pièces solidaires l'une de l'autre en utilisant une pression qui n'est pas appliquée sur toute la surface. The invention relates to a method for laminating a printed circuit board on a base board, comprising the steps of providing an adhesive layer at least one of the workpieces to be laminated with each other, least one of the parts to be laminated with each other and adhesive layer having different centers of gravity, to arrange the parts to be laminated with each other between the bearing means and a device for application of pressure and make the parts integral with each other using a pressure that is not applied to the entire surface.
L'invention concerne également un dispositif de stratification permettant la stratification d'une plaquette de circuit imprimé sur une plaquette de base, comprenant des moyens de portée pour une pièce à stratifier pourvue d'une couche adhésive, et un dispositif d'application de pression comportant un poinçon servant à appliquer une pression sur les moyens de portée. The invention also relates to a laminating device for laminating a printed circuit board to a base board, comprising bearing means for a laminating part provided with an adhesive layer, and a pressure application device. having a punch for applying pressure on the bearing means.
Par la demande de brevet EP 0 902 609 A1, il est connu d'appliquer une colle adhésive à élasticité durable sur une plaquette de refroidissement. Pour éliminer des bulles d'air se présentant dans la colle ou entre la colle et la surface collée, on soumet la plaquette de refroidissement avec la colle un traitement thermique. On applique ensuite sous pression une plaquette à circuit imprimé sur la plaquette de refroidissement comportant la colle. Le traitement thermique a de préférence lieu environ pendant une heure à température d'environ 50 C. By the patent application EP 0 902 609 A1, it is known to apply a durable elastic adhesive glue on a cooling plate. To remove air bubbles in the glue or between the glue and the bonded surface, the cooling pad is heat-treated with the glue. A printed circuit board is then pressurized onto the cooling pad with the glue. The heat treatment is preferably carried out for about one hour at a temperature of about 50 ° C.
La stratification d'une plaquette de circuit imprimé sur un puits chaleur avec production de vide est exposée dans le brevet US 4 975 311. Pour le durcissement, la colle mise en place doit être chauffée pendant deux heures à une température d'environ 125 C. Lamination of a printed circuit board on a heat sink with vacuum production is disclosed in US Pat. No. 4,975,311. For curing, the set adhesive must be heated for two hours at a temperature of about 125 ° C. .
Un dispositif connu (JP 04 08 36 08 A) comprend une table d'appui sur laquelle une substance composite est posée. Pour agir avec une action de force uniforme sur la table d'appui ou sur la substance composite, le dispositif comprend une barre de fer montée d'une manière centrée. Par ailleurs, le dispositif comprend un corps de presse analogue à un sac et déformable qui est dispose d'une manière symétrique radialement autour de la barre de fer. A known device (JP 04 08 36 08 A) comprises a support table on which a composite substance is placed. To act with a uniform force action on the support table or on the composite substance, the device comprises an iron bar mounted in a centered manner. Furthermore, the device comprises a bag-like and deformable press body which is arranged radially symmetrically about the iron bar.
Un dispositif connu (JP 01 24 44 67 A) servant à l'ajustage serré de couches minces sur des supports formant substrat comprend deux plaques de presse disposées horizontalement l'une vis-à-vis de l'autre. Au moyen de l'application des deux plaques de presse l'une sur l'autre, une force de pression centrée est exercée sur les supports formant substrat et une surface adaptée à pression est agrandie. but de l'invention est de fournir un procédé de stratification d'une plaquette de circuit imprimé sur une plaquette de base et dispositif de stratification qui permettent un collage dans une large mesure dépourvu<B>dé</B> bulles la plaquette de circuit imprimé avec la plaquette base, tout en maintenant un bref temps d'application de pression. A known device (JP 01 24 44 67 A) for the tight fitting of thin layers on substrate supports comprises two press plates arranged horizontally with respect to one another. By applying the two press plates to each other, a centric pressure force is exerted on the substrate supports and a pressure-adapted surface is enlarged. The object of the invention is to provide a method of laminating a printed circuit board on a base board and laminating device which allows for a largely free bonding of the circuit board. printed with the base plate, while maintaining a brief application time of pressure.
Ce but est atteint par un procédé, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce que les pièces à assembler peuvent présenter des centres de gravité de surface différents et une source d'énergie exerçant une pression sur les moyens de portée est essentiellement centrée sur le centre de gravité de surface de la couche adhésive. This object is achieved by a method, of the generic type defined in the introduction, characterized in that the parts to be assembled may have different surface centers of gravity and a source of energy exerting pressure on the bearing means is essentially centered on the center of gravity of the surface of the adhesive layer.
Ce but est également atteint au moyen d'un dispositif de stratification, du type générique défini en introduction, caractérisé en ce qu'il comprend une articulation dans laquelle le poinçon est monté et le poinçon présente une surface d'application de force comportant un dispositif de centrage. This object is also achieved by means of a laminating device, of the generic type defined in the introduction, characterized in that it comprises a hinge in which the punch is mounted and the punch has a force application surface comprising a device centering.
Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - poinçon déplacé par la source d'énergie est basculé, lors de l'application de pression sur la plaquette de circuit imprimé, d'une manière telle que des irrégularités présentes entre la surface d'application pression et le produit composite, y compris la couche d'uniformisation de pression, ainsi que des erreurs dans l'alignement parallèle du produit composite soient compensées, - couche d'uniformisation de pression élastiquement déformable est disposée entre la plaquette de circuit imprimé et un poinçon, - stratification est effectuée pour un abaissement de pression compris dans la gamme de 0,2 bar à 0,5 bar, - la stratification a lieu à la température ambiante, - une plaquette en aluminium moulée sous pression utilisée en tant que plaquette de base, - une couche d'uniformisation de pression est disposée entra les moyens de portée et la plaquette de base, - c'est une plaquette de circuit imprimé rigide qui est soumise à la stratification. The method according to the invention may also have one or more of the following features: - punch displaced by the energy source is tilted, when applying pressure on the printed circuit board, in such a way that irregularities present between the pressure application surface and the composite product, including the pressure uniformization layer, as well as errors in the parallel alignment of the composite product are compensated, - elastically deformable pressure uniformization layer is arranged between the printed circuit board and a punch, - lamination is carried out for a pressure drop within the range of 0.2 bar to 0.5 bar, - the lamination takes place at ambient temperature, - a molded aluminum board under pressure used as a base plate, - a pressure uniformization layer is disposed between the bearing means and the base board, - it is a rigid printed circuit board that is subject to lamination.
dispositif de stratification conforme à l'invention peut aussi présenter l'une l'autre des particularités suivantes ou les deux l'articulation est une articulation sphérique et la coupelle d'articulation est intégrée dans le poinçon, - les moyens de portée comprennent un appui en trois points. L'alignement de la source d'énergie, qui exerce une pression sur les moyens de portée, non pas sur le centre de gravité de surface de la plaquette de circuit imprimé ou de la plaquette de base, mais sur le centre de gravité de surface la couche adhésive permet d'obtenir une répartition particulièrement uniforme de la force exercée sur la totalité de la surface adhésive, même si les centres de gravité de surface de la plaquette de circuit imprimé et la plaquette de base sont différents. laminating device according to the invention may also present the other of the following features or both the hinge is a spherical joint and the hinge cup is integrated in the punch, - the bearing means comprise a support in three points. Alignment of the energy source, which exerts pressure on the bearing means, not on the center of gravity of the surface of the printed circuit board or the base board, but on the center of gravity of the surface the adhesive layer provides a particularly uniform distribution of the force exerted on the entire adhesive surface, even if the surface centers of gravity of the printed circuit board and the base plate are different.
Les pièces à stratifier l'une avec l'autre, à savoir la plaquette circuit imprimé et plaquette de base, sont soumises à une application de pression, avec la couche adhésive, au moyen d'un poinçon monté mobile. The parts to be laminated with each other, namely the printed circuit board and the base plate, are subjected to a pressure application, with the adhesive layer, by means of a movably mounted punch.
De préférence, l'application de pression a lieu sous vide. II alors possible ne pas faire appel à une opération de traitement thermique. Preferably, the application of pressure takes place under vacuum. It is then possible not to use a heat treatment operation.
Une stratification dépourvue de bulles de la plaquette de circuit imprimé s'obtient d'une manière particulièrement fiable lorsque le poinçon monté mobile d'une manière telle qu'il puisse compenser des irrégularités de la plaquette de circuit imprimé ou du produit composite constitué de cette plaquette de circuit imprimé et de la plaquette de base, notamment des écarts dans l'alignement parallèle de la plaquette de circuit imprimé et de la plaquette de base. De ce fait, il est même possible de stratifier avec une qualité élevée non seulement des plaquettes de base métalliques en tôle découpee, mais également des plaquettes de base métalliques produites par moulage sous pression, par exemple des plaquettes en aluminium moulé sous pression. Bubble-free lamination of the printed circuit board is particularly reliably obtained when the punch is movably mounted in such a way that it can compensate for irregularities in the printed circuit board or the composite product consisting of it. printed circuit board and the base board, including gaps in the parallel alignment of the printed circuit board and the base board. As a result, it is even possible to laminate with high quality not only metal base plates of cut sheet metal, but also metal base plates produced by die casting, for example die-cast aluminum plates.
Un produit composite ainsi obtenu, constituée d'une plaquette base et d'une plaquette de circuit imprimé, convient pour une utilisation dans des conditions extrêmes d'environnement, telles qu'il en règne par exemple à l'intérieur du compartiment moteur d'un véhicule automobile. A composite product thus obtained, consisting of a base plate and a printed circuit board, is suitable for use in extreme environmental conditions, such as for example within the engine compartment of the engine. a motor vehicle.
Des plaquettes de circuit imprimé flexibles et des plaquettes circuit imprimé rigides, telles que par exemple des plaquettes de circuit imprimé FR4 et même des plaquettes de circuit imprimé sans contact traversant (plaquettes de circuit imprimé "Sequential Built Up" ou à élaboration séquentielle), conviennent pour la stratification. Flexible printed circuit boards and rigid printed circuit boards, such as, for example, printed circuit boards FR4 and even non-contacting printed circuit boards ("Sequential Built Up" printed circuit boards) are suitable for this purpose. for stratification.
Le procédé de stratification et le dispositif de stratification peuvent s'intégrer dans une ligne de fabrication SMD, étant donné qu'il est possible de réaliser des durées de cycle extrêmement courtes qui correspondent aux durées de garnissage pour les composants SMD. D'une manière typique, on ne fait pas appel à une élévation de température de la substance adhesive et obtient une durée d'application de pression de l'ordre de seulement 30 secondes. The laminating method and the laminating device can be integrated into an SMD manufacturing line, since it is possible to achieve extremely short cycle times which correspond to the packing times for the SMD components. Typically, a temperature rise of the adhesive substance is not used and a pressure application time of the order of only 30 seconds is achieved.
II est possible de ne pas faire appel à des presses à traitement en empilement, de grandes dimensions et chères, pour réaliser le produit composite constitué de la plaquette de circuit imprimé et de la plaquette de base. Etant donné que, dans ce cas, on stratifie simultanément entre elles de nombreuses plaquettes de circuit imprimé sur des plaquettes de base en élevant la température avec une durée d'application de pression d'environ 30 minutes, il n'est pas possible qu'un tel procédé soit intégré dans une ligne de fabrication SMD. It is possible not to use stacking presses, large and expensive, to produce the composite product consisting of the printed circuit board and the base plate. Since, in this case, many printed circuit boards are laminated together on base boards simultaneously by raising the temperature with a pressure application time of about 30 minutes, it is not possible that such a method is integrated into an SMD manufacturing line.
D'autres avantages, particularités et possibilités d'application de l'invention ressortent de la description d'un exemple de réalisation qui est faite après en regard des dessins. On voit à la figure 1, une vue en perspective des couches à soumettre ensemble à une pression, à la figure 2, le centre de gravité de surface d'une couche adhésive à la figure 3, un dispositif de stratification. Other advantages, particularities and possibilities of application of the invention emerge from the description of an embodiment which is made next with reference to the drawings. FIG. 1 shows a perspective view of the layers to be subjected together to a pressure, in FIG. 2 the surface center of gravity of an adhesive layer in FIG. 3, a laminating device.
La figure 1 représente, en tant que pièces à stratifier l'une avec l'autre, plaquette de base 2, comportant un évidement assez grand destine à recevoir un connecteur multibroche et plusieurs évidements plus petits pour capteurs, et une plaquette de circuit imprimé 4. En ce qui concerne la plaquette de base 2, il s'agit d'une plaquette en aluminium moulée pression. Fig. 1 shows, as laminating pieces with each other, base plate 2, having a large enough recess for receiving a multi-pin connector and a plurality of smaller sensor recesses, and a printed circuit board 4 As regards the base plate 2, it is a pressure-molded aluminum plate.
Une couche adhésive 3 se présentant sous forme d'une feuille adhésive transparente est collée sur la plaquette de base 2. La feuille adhésive comporte des évidements correspondant à ceux de la plaquette de base 2 dans les zones qui sont prévues pour le connecteur multibroche et les capteurs. An adhesive layer 3 in the form of a transparent adhesive sheet is bonded to the base plate 2. The adhesive sheet has recesses corresponding to those of the base plate 2 in the areas which are provided for the multi-pin connector and the sensors.
La feuille adhésive ou une bande adhésive est à base de substance adhésive du type acrylate. Pour les substrats formés des plaquettes de base chaque fois considérées, il est par exemple possible d'obtenir des feuilles adhésives appropriées sous la marque VHB de la société 3M. Ces feuilles adhésives manifestent leur force d'adhérence la plus grande lorsqu'on utilise une pression ("Pressure Sensitive Adhesive" ou substance auto-adhésive sous pression). The adhesive sheet or an adhesive tape is based on an acrylate-type adhesive substance. For the substrates formed of the base plates each time considered, it is for example possible to obtain suitable adhesive sheets under the brand VHB 3M company. These adhesive sheets exhibit their greatest adhesion strength when pressure ("Pressure Sensitive Adhesive" or pressure sensitive self-adhesive material) is used.
La couche adhésive 3 présente une épaisseur de 130 pm. Une couche adhésive ayant une épaisseur de 50 pm à 250 pm convient, une couche adhésive ayant une épaisseur de 110 pm à 150 pm convenant particulièrement bien. The adhesive layer 3 has a thickness of 130 μm. An adhesive layer having a thickness of 50 μm to 250 μm is suitable, an adhesive layer having a thickness of 110 μm to 150 μm particularly suitable.
La plaquette de circuit imprimé 4, est en résine époxy, plus précisément type FR4; elle est disposée par-dessus la couche adhésive 3. Cette couche adhésive 3 présente une surface (légèrement) plus grande que la plaquette de circuit imprimé 4. Cette plaquette de circuit imprimé 4 comporte des trous dans zone dans laquelle le connecteur multibroche est disposé. The printed circuit board 4 is made of epoxy resin, more precisely type FR4; it is disposed over the adhesive layer 3. This adhesive layer 3 has a surface (slightly) larger than the printed circuit board 4. This printed circuit board 4 has holes in the area in which the multi-pin connector is disposed.
En variante, il est également possible que ce soit la plaquette de circuit imprimé 4 qui soit pourvue de la couche adhésive 3. Alternatively, it is also possible that it is the printed circuit board 4 which is provided with the adhesive layer 3.
Il est prévu, disposée sur la face de la plaquette de circuit imprimé 4 qui est à l'opposé de la couche adhésive 3, une couche d'uniformisation pression 5 en matière élastique. Cette couche d'uniformisation de pression peut se présenter sous forme d'un revêtement de l'outil de presse ou sous forme d'une feuille séparée qui est posée sur la plaquette de circuit imprimé La couche d'uniformisation de pression 5 ne subit pas une usure définitive lors de l'opération d'application de pression et peut être réutilisée. It is provided, disposed on the face of the printed circuit board 4 which is opposite to the adhesive layer 3, a pressure uniformization layer 5 of elastic material. This pressure equalization layer may be in the form of a coating of the press tool or in the form of a separate sheet which is placed on the printed circuit board. The pressure uniformization layer 5 does not undergo definitive wear during the application of pressure and can be reused.
Des matières convenant pour la couche d'uniformisation de pression sont le Téflon, un polyéthylène, une silicone ou des élastomères. Pour l'exemple de réalisation, on choisit une plaquette en polyuréthane ayant une épaisseur de 4 mm et une dureté Shore de 70. D'une manière avantageuse, couche d'uniformisation de pression a une épaisseur comprise entre 1 mm et 5 et une dureté Shore comprise entre 30 et 100 et, mieux, une dureté Shore comprise entre 40 et 90. On a ainsi l'assurance que la couche d'uniformisation de pression est élastiquement déformable d'une manière suffisante pour pouvoir réaliser une répartition avantageuse de la pression appliquée dans le cas d'irrégularités de la plaquette de base, de la couche adhésive, de la plaquette de circuit imprimé ou des surfaces de pression. Suitable materials for the pressure uniformization layer are Teflon, polyethylene, silicone or elastomers. For the exemplary embodiment, a polyurethane plate having a thickness of 4 mm and a Shore hardness of 70 is chosen. Advantageously, the pressure uniformization layer has a thickness of between 1 mm and 5 and a hardness of Shore between 30 and 100 and, better, a Shore hardness of between 40 and 90. This ensures that the pressure uniformization layer is sufficiently elastically deformable to achieve an advantageous distribution of pressure applied in the case of irregularities of the base board, the adhesive layer, the printed circuit board or the pressure surfaces.
La couche d'uniformisation de pression 5 empêche notamment l'accumulation de résidus de vernis anti-soudage sur l'outil de presse. The pressure equalization layer 5 prevents in particular the accumulation of residues of anti-welding varnish on the press tool.
Pour assurer une application de pression particulièrement uniforme entre la plaquette de base 2 et la plaquette de circuit imprimé 4, il est possible d'utiliser en outre la couche d'uniformisation de pression 5 décrite ci-dessus sur face de la plaquette de base 2 qui est située du côté opposé à la couche adhésive 3. To ensure a particularly uniform application of pressure between the base plate 2 and the printed circuit board 4, it is possible to further use the pressure uniformization layer 5 described above on the face of the base plate 2 which is located on the opposite side to the adhesive layer 3.
La figure 2 représente une couche adhésive 3 appartenant à la technique des substances adhésives du type acrylate. Cette couche adhésive 3 comporte un évidement 31 rectangulaire, disposé sur le contour périphérique, dans la zone duquel un connecteur multibroche est prévu sur la plaquette circuit imprimé. Si on ne tenait pas compte de l'évidement 31 il se présenterait un point central Cc ou centre de gravité de surface coïnciderait avec le centre de gravité de la plaquette de base 2 située au- dessous. tenant compte de l'évidement 31, on obtient un centre de gravité de surface CA décalé vis-à-vis du point central Cc. Ce centre de gravité CA situé en dehors du point central constitue le point sur lequel la force de pression est appliquée dans la plaquette de circuit imprimé et donc dans la couche adhésive 3. La figure 3 représente un dispositif de stratification 1 comprenant un dispositif d'application de pression 11, une cloche de vide 12, qui permet la réalisation d'une dépression pendant l'opération d'application de pression, et des moyens de portée déterminés statiquement par un appui en trois points 131. FIG. 2 represents an adhesive layer 3 belonging to the technique of adhesive substances of the acrylate type. This adhesive layer 3 has a rectangular recess 31 disposed on the peripheral contour, in the region of which a multi-pin connector is provided on the printed circuit board. If the recess 31 were not taken into account, there would be a center point Cc or surface center of gravity coinciding with the center of gravity of the base plate 2 below. taking account of the recess 31, an AC surface center of gravity is obtained which is offset with respect to the central point Cc. This center of gravity CA situated outside the central point constitutes the point on which the pressure force is applied in the printed circuit board and therefore in the adhesive layer 3. FIG. 3 represents a laminating device 1 comprising a device application of pressure 11, a vacuum bell 12, which allows the realization of a depression during the pressure application operation, and the reach means determined statically by a three-point support 131.
Un poinçon 111 comprend un support 112 et une surface d'application de pression 113 servant à appliquer une pression sur le produit composite constitué la plaquette de circuit imprimé et de la plaquette de base. A punch 111 includes a holder 112 and a pressure-applying surface 113 for applying pressure to the composite product consisting of the printed circuit board and the base board.
Le support 112 comporte un logement pour une coupelle d'articulation 115 d'une articulation 114 réalisée sous forme d'une articulation sphérique. Bien l'articulation puisse également être réalisée sous une forme cylindrique, une articulation sphérique offre l'avantage qu'un déplacement de compensation du poinçon 111 dans deux plans est possible. The support 112 comprises a housing for a hinge cup 115 of a hinge 114 in the form of a spherical hinge. Although the joint can also be made in a cylindrical shape, a spherical joint offers the advantage that a compensating displacement of the punch 111 in two planes is possible.
support 112 et donc le poinçon 111 sont maintenus au moyen d'un boulon 116 sur une source d'énergie 117 pour laquelle il s'agit d'un entraînement hydropneumatique. Le boulon 116 passe dans un perçage central d'une sphère ou demi-sphère de l'articulation 114. support 112 and thus the punch 111 are held by means of a bolt 116 on a power source 117 for which it is a hydropneumatic drive. The bolt 116 passes into a central bore of a sphere or half-sphere of the hinge 114.
Du fait du montage du poinçon 111 dans une articulation, ce poinçon peut se déplacer suivant un mouvement pendulaire ou oscillant dans toutes les directions. Due to the mounting of the punch 111 in a joint, this punch can move in a swinging or oscillating movement in all directions.
II ainsi possible de compenser des irrégularités se présentant entre la surface d'application de pression et le produit composite, y compris la couche d'uniformisation de pression, ainsi que des erreurs dans l'alignement parallèle produit composite. Thus it is possible to compensate for irregularities occurring between the pressure application surface and the composite product, including the pressure uniformization layer, as well as errors in the parallel composite product alignment.
La plaquette de base, avec la couche adhésive, et la plaquette de circuit imprimé sont disposées entre les moyens de portée 13 et le dispositif d'application de pression 11, et plus particulièrement le poinçon 111, d'une maniere telle que le vecteur de la force exercée par la source d'energie soit dirigé vers le centre de gravité de la couche adhésive. The base wafer, with the adhesive layer, and the printed circuit board are arranged between the bearing means 13 and the pressure application device 11, and more particularly the punch 111, in a manner such that the the force exerted by the energy source is directed towards the center of gravity of the adhesive layer.
La surface d'application de pression 113 recouvre, exactement comme les moyens de portée 13, au moins toute la surface de la couche adhésive. Cette surface d'application de pression et ces moyens de portée 13 ne devraient pas présenter des écarts supérieurs à 10 pm vis-à-vis d'une surface plane correspondant absolument à un plan. Une pression de 400 newtons/cm2 est exercée par la source d'énergie 116. Des forces de pression comprises entre 200 et 600 newton S/CM2 conviennent pour une durée d'application de pression comprise entre 10 s et 60s. The pressure application surface 113 covers, exactly as the bearing means 13, at least the entire surface of the adhesive layer. This pressure application surface and these bearing means 13 should not have deviations greater than 10 pm vis-à-vis a plane surface absolutely corresponding to a plane. A pressure of 400 newtons / cm 2 is exerted by the energy source 116. Pressure forces of between 200 and 600 newtons S / CM 2 are suitable for a duration of application of pressure of between 10 s and 60 s.
La stratification et donc l'opération d'application de pression dure ainsi au maximum 60 secondes. Couramment, la stratification s'effectue en moins de secondes. On obtient déjà des résultats excellents pour durée de cycle de 30 secondes, donc pour la durée de cycle d'une ligne de fabrication SMD typique. II est donc possible d'intégrer le procédé de stratification et le dispositif de stratification directement dans le procédé de garnissage et de soudage de la plaquette de circuit imprimé.The stratification and therefore the pressure application operation thus lasts for a maximum of 60 seconds. Commonly, stratification takes place in less than seconds. Excellent results are already obtained for cycle time of 30 seconds, thus for the cycle time of a typical SMD manufacturing line. It is therefore possible to integrate the laminating method and the laminating device directly into the process of packing and welding the printed circuit board.
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