FR2845858A1 - Printed circuit open zone filling technique having filling product passing substrate surface and filling surface area accompanied product front air circulation extraction chamber. - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE REMPLISSAGE DE ZONES OUVERTES SITUEES EN CREUX PAR RAPPORT ADEVICE FOR FILLING OPEN AREAS LOCATED IN A HOLLOW RELATIVE TO
UNE SURFACEA SURFACE
DOMAINE D'APPLICATIONAPPLICATION DOMAIN
La présente invention concerne un dispositif de remplissage de zones 5 ouvertes ou présentant un ratio d'aspect inférieur à 1 et situées en creux par rapport à une surface, avec un produit visqueux. Le ratio d'aspect est défini par la profondeur de la zone à remplir relativement à la surface, divisée par la plus petite dimension de l'ouverture considérée. A titre d'exemple, elle trouve son application pour la réalisation de circuits imprimés. En effet, il existe des applications pour lesquelles des substrats 10 comportant des pistes conductrices par exemple en cuivre et ayant une épaisseur The present invention relates to a device for filling areas 5 open or having an aspect ratio of less than 1 and located in hollow relative to a surface, with a viscous product. The aspect ratio is defined by the depth of the area to be filled relative to the surface, divided by the smallest dimension of the opening considered. By way of example, it finds its application for the production of printed circuits. Indeed, there are applications for which substrates 10 comprising conductive tracks for example of copper and having a thickness
supérieures à 100 microns (typiquement de l'ordre de 400 microns) sont utilisés. Dans ces applications, il est nécessaire de remplir les zones inter-pistes avec un produit diélectrique, ce remplissage devant être complet et sans bulles afin d'obtenir les caractéristiques électriques optimums. De plus, les zones inter-pistes ne sont pas 15 fermées. greater than 100 microns (typically of the order of 400 microns) are used. In these applications, it is necessary to fill the inter-track zones with a dielectric product, this filling having to be complete and free of bubbles in order to obtain the optimum electrical characteristics. In addition, the inter-track zones are not closed.
ETAT DE L'ART ANTERIEURPRIOR STATE OF THE ART
Pour effectuer ce remplissage, l'homme de l'art utilise des techniques à sa disposition, à savoir: - l'enduction au rouleau, To carry out this filling, a person skilled in the art uses techniques at his disposal, namely: - roller coating,
- la sérigraphie à l'aide d'une racle ou d'un dispositif fermé. - screen printing using a doctor blade or a closed device.
Les problèmes avec les dispositifs de l'art antérieur sont de deux ordres - le premier réside dans le fait que dans certaines zones situées au creux, l'air reste prisonnier et empêche le produit de les remplir complètement (effet coussin). Pour obvier à ce problème, on est obligé de faire de multiples passages dans les deux sens de 25 raclage afin d'obtenir un remplissage suffisant, évidement ces passages multiples The problems with the devices of the prior art are twofold - the first lies in the fact that in certain areas located in the hollow, the air remains trapped and prevents the product from filling them completely (cushion effect). To overcome this problem, it is necessary to make multiple passages in both directions of scraping in order to obtain sufficient filling, obviously these multiple passages
génèrent des temps de cycle incompatibles avec les productions en grande série. generate cycle times incompatible with mass production.
- le deuxième est lié au fait que le produit est entraîné par l'élément de raclage, ce qui a tendance à creuser les dépôts en particulier si ils sont de grande dimension ou si les - the second is linked to the fact that the product is entrained by the scraping element, which tends to dig deposits, particularly if they are large or if the
dessins sont parallèles au sens de raclage. drawings are parallel to the scraping direction.
Des dispositifs visant à remplir des trous borgnes ont été proposés par le passé comme par exemple dans la demande de brevet PCT/FROO.03494 du même inventeur. Cette technique consiste à déplacer deux fentes sur la surface du substrat à remplir. La première fente est reliée à un générateur de vide alors que la deuxième contient le produit de remplissage. La première fente est à la fois distante de l'extérieur et de la deuxième fente d'une distance supérieure à l'ouverture la plus grande présente sur le substrat, la distance étant mesurée parallèlement au sens de déplacement. Dans ce 5 cas, le dispositif est obligatoirement en contact étanche avec le substrat, sinon le remplissage du trou borgne ne pourra pas s'effectuer de façon complète. Cette technique est uniquement applicable à des cavités borgnes dont le périmètre sur la surface de Devices intended to fill blind holes have been proposed in the past, for example in patent application PCT / FROO.03494 from the same inventor. This technique consists in moving two slots on the surface of the substrate to be filled. The first slot is connected to a vacuum generator while the second contains the filling product. The first slot is both distant from the outside and from the second slot by a distance greater than the largest opening present on the substrate, the distance being measured parallel to the direction of movement. In this case, the device must be in sealed contact with the substrate, otherwise the blind hole cannot be filled completely. This technique is only applicable to blind cavities whose perimeter on the surface of
remplissage représente une zone fermée. filling represents a closed area.
DESCRIPTIN DE L'INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
La présente invention vise à remplir des zones situées en creux ouvertes ou ayant un ratio d'aspect, défini par la profondeur de la zone relativement à la surface divisée par la plus petite dimension d'ouverture, inférieur à 1, comme par exemple des zones situées entre des pistes de cuivre. Le remplissage des zones est fait par soumission à une dépression, au produit de remplissage et à un raclage. La difficulté à remplir ces 15 zones est liée au fait qu'il est impossible d'assurer une étanchéité entre un dispositif en The present invention aims to fill areas located in open hollow or having an aspect ratio, defined by the depth of the area relative to the area divided by the smallest opening dimension, less than 1, such as areas located between copper tracks. The filling of the zones is done by submitting to a vacuum, to the filling product and to a scraping. The difficulty in filling these 15 zones is linked to the fact that it is impossible to ensure a seal between a device in
mouvement relatif sur la surface et le substrat du fait que les zones sont ouvertes. relative movement on the surface and the substrate due to the fact that the zones are open.
Selon une première caractéristique de l'invention, à l'avant du produit de remplissage, il est formé une chambre dans laquelle il est généré une mise en circulation par extraction de l'air à l'aide d'un moyen ayant un débit supérieur au débit de fuite, le 20 débit de fuite étant le débit d'air qui entre dans la chambre à l'avant et sur les côtés. According to a first characteristic of the invention, at the front of the filling product, a chamber is formed in which a circulation is generated by extracting the air using a means having a higher flow rate. at the leak rate, the leak rate being the air flow which enters the chamber at the front and on the sides.
Ainsi la mise en circulation et le différentiel de débit crée une dépression dans la chambre. De façon préférentielle, on choisira un dispositif d'extraction ayant un débit au moins supérieur à deux fois le débit de fuite maximum. Le débit de fuite est en relation avec la section ouverte qui met en communication l'extérieur du dispositif et la chambre 25 dans laquelle règne la dépression. A titre d'exemple, pour obtenir un niveau de dépression de l'ordre de 15 % dans une chambre, il faut extraire 0,11 litre par seconde d'air de cette chambre par millimètre carré de fuite. Pour des applications cartes électroniques de 400 millimètres de longueur et présentant des pistes d'épaisseur 400 microns, la section de fuite globale est typiquement de l'ordre de 20 mm2. Il est donc 30 essentiel de créer une circulation d'air à l'aide d'un moyen d'extraction à l'avant du produit de remplissage pour compenser le débit de fuite, on choisira le moyen Thus the circulation and the flow differential creates a vacuum in the chamber. Preferably, an extraction device will be chosen having a flow rate at least greater than twice the maximum leakage flow rate. The leakage rate is related to the open section which connects the exterior of the device and the chamber 25 in which the vacuum prevails. For example, to obtain a level of depression of the order of 15% in a room, it is necessary to extract 0.11 liters per second of air from this room per square millimeter of leakage. For electronic card applications of 400 millimeters in length and having tracks of thickness 400 microns, the overall leakage section is typically of the order of 20 mm2. It is therefore essential to create an air circulation using an extraction means at the front of the filling product to compensate for the leakage rate, the means will be chosen.
d'extraction de manière à privilégier le débit plutôt que le vide poussé. extraction so as to favor the flow rather than the high vacuum.
Selon une autre caractéristique, le niveau de dépression nécessaire au bon remplissage est faible. Un niveau maximum inférieur à 50 % de dépression donne de bons résultats. D'autre part, le niveau de dépression faible permet d'une part d'éviter un plaquage excessif du dispositif sur le substrat et donc de limiter les efforts nécessaires à 5 l'avance du dispositif et d'autre part d'éviter de ré-aspirer de l'air à l'arrière du dispositif selon le sens d'avance. Enfin ce niveau de dépression permet également According to another characteristic, the level of vacuum necessary for proper filling is low. A maximum level of less than 50% depression gives good results. On the other hand, the low vacuum level makes it possible on the one hand to avoid excessive plating of the device on the substrate and therefore to limit the forces necessary in advance of the device and on the other hand to avoid re - suck air at the back of the device according to the direction of advance. Finally this level of depression also allows
d'éviter d'aspirer du produit dans le moyen d'extraction et de mise en circulation d'air. avoid sucking product into the extraction and air circulation means.
Selon une autre caractéristique de l'invention le dispositif comporte une chambre qui est reliée à un moyen de mise en circulation d'air par extraction ayant un 10 débit supérieur au débit d'air (d) aspiré de l'extérieur par cette chambre et un réservoir qui contient du produit de remplissage. Un élément de raclage est situé à l'arrière du produit de remplissage par rapport au sens de déplacement du dispositif. Lorsque le dispositif est déplacé sur la surface du substrat, les zones à remplir voient d'abord la chambre puis le réservoir puis l'élément de raclage. De façon avantageuse, le moyen de 15 mise en circulation et d'extraction d'air est constitué par un amplificateur d'air. A titre d'exemple, un amplificateur de type M20C de la société COVAL permet d'obtenir un débit d'extraction potentiel de 700 Nl/mn pour une consommation réelle d'environ 200 NI/mn. La dépression maximum ainsi obtenue est de 5 %. Il est à noter que le niveau de dépression nécessaire au bon remplissage est également fonction de la viscosité du 20 produit de remplissage. A cet effet, on choisira un niveau de dépression plus important According to another characteristic of the invention, the device comprises a chamber which is connected to a means for circulating air by extraction having a flow rate greater than the flow of air (d) drawn from the outside by this chamber and a tank which contains filling product. A scraping element is located at the rear of the filling product relative to the direction of movement of the device. When the device is moved over the surface of the substrate, the areas to be filled first see the chamber, then the reservoir, then the scraping element. Advantageously, the means for circulating and extracting air consists of an air amplifier. By way of example, an amplifier of the M20C type from the company COVAL makes it possible to obtain a potential extraction flow rate of 700 Nl / min for an actual consumption of around 200 NI / min. The maximum depression thus obtained is 5%. It should be noted that the level of vacuum necessary for proper filling is also a function of the viscosity of the filling product. For this purpose, we will choose a higher level of depression
lorsque la viscosité augmentera.when the viscosity increases.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif peut fonctionner dans les deux sens en le concevant de façon symétrique par rapport au réservoir contenant le produit de manière à pouvoir être mis en oeuvre sur une machine à 25 sérigraphier. According to another characteristic of the invention, the device can operate in both directions by designing it symmetrically with respect to the reservoir containing the product so that it can be used on a screen printing machine.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un élément de raclage est disposé à l'arrière selon le sens de déplacement de sorte à racler l'excédent de produit qui est nappé sur la surface du produit et de façon à niveler le produit de remplissage avec la surface du substrat en évitant de creuser les dépôts. Cet élément de raclage peut 30 être directement réalisé par le corps du dispositif, mais de préférence il est constitué par un profilé en polyuréthane tels que ceux utilisés par les sérigraphes et connus par l'homme de l'art. A l'extrême et pour éviter de creuser les dépôts dans les zones de According to another characteristic of the invention, a scraper element is disposed at the rear in the direction of movement so as to scrape off the excess product which is coated on the surface of the product and so as to level the filling product. with the surface of the substrate, avoiding digging deposits. This scraping element can be produced directly by the body of the device, but preferably it is constituted by a polyurethane profile such as those used by screen printers and known to those skilled in the art. To the extreme and to avoid digging deposits in areas of
grande dimension, l'élément de raclage peut être constitué d'une lame métallique. large dimension, the scraping element may consist of a metal blade.
Selon une autre caractéristique, le dispositif selon l'invention a une longueur supérieure ou égale à la longueur du substrat à remplir. De façon avantageuse le dispositif selon l'invention peut être adapté sur une machine de sérigraphie. According to another characteristic, the device according to the invention has a length greater than or equal to the length of the substrate to be filled. Advantageously, the device according to the invention can be adapted on a screen printing machine.
D'autres caractéristiques apparaîtront au vu des figures jointes et de leur description suivante. Other characteristics will appear in the light of the attached figures and their following description.
La figure 1 représente un premier mode de réalisation de la présente invention. Figure 1 shows a first embodiment of the present invention.
La figure 2 représente un second mode de réalisation de la présente invention. Figure 2 shows a second embodiment of the present invention.
La figure 3 représente un type de substrat à remplir. La figure 4, montre les variations de dépression à l'intérieur du dispositif durant une opération de remplissage. FIG. 3 represents a type of substrate to be filled. FIG. 4 shows the variations in vacuum inside the device during a filling operation.
En figure 1, un dispositif (4) selon l'invention est représenté en mode travail. Le dispositif (4) est déplacé relativement au substrat (1) dans le sens (F). Au fur et à mesure du déplacement, les zones (7) à remplir sont soumises à une dépression qui règne dans la chambre (8) puis au produit de remplissage (2) et enfin à un élément de raclage (5). Les zones à remplir (7) sont ici constituées par l'espace entre des pistes de 20 cuivre (3), ainsi la zone à remplir peut en même temps être en contact avec l'extérieur, la chambre (8) et le produit de remplissage (2). La dépression Pi devant le produit visqueux de remplissage (2) est obtenue par le biais d'un moyen de mise en circulation et d'extraction d'air (6) ayant un débit supérieur au débit de fuite (d). Cette différence de débit permet d'obtenir un niveau de dépression faible et inférieur à 50 % suffisant pour 25 permettre un remplissage complet des zones situées en creux. Ce mode d'obtention de la dépression permet de conserver un niveau de dépression relativement stable malgré un débit de fuite qui varie fortement en fonction des zones à remplir rencontrées. Lors de l'avance du dispositif, l'adhérence du produit visqueux sur le substrat génère une surpression P2 dans le produit. Il suffit donc de respecter Pi + P2 supérieur à P3, P3 30 étant la pression qui règne à l'intérieur du dispositif pour éviter que de l'air ne soit aspiré à l'arrière du dispositif. L'alimentation du dispositif en produit est faite au fur et à In Figure 1, a device (4) according to the invention is shown in working mode. The device (4) is moved relative to the substrate (1) in the direction (F). As the movement progresses, the zones (7) to be filled are subjected to a vacuum which prevails in the chamber (8) then to the filling product (2) and finally to a scraping element (5). The areas to be filled (7) here consist of the space between copper tracks (3), so the area to be filled can at the same time be in contact with the outside, the chamber (8) and the product of filling (2). The vacuum Pi in front of the viscous filling product (2) is obtained by means of an air circulation and extraction means (6) having a flow rate greater than the leakage flow rate (d). This difference in flow rate makes it possible to obtain a low level of depression which is less than 50% sufficient to allow complete filling of the zones situated in the hollow. This method of obtaining vacuum makes it possible to maintain a relatively stable level of vacuum despite a leakage rate which varies greatly depending on the areas to be filled encountered. When the device advances, the adhesion of the viscous product to the substrate generates an overpressure P2 in the product. It therefore suffices to comply with Pi + P2 greater than P3, P3 30 being the pressure prevailing inside the device to prevent air from being sucked in from the rear of the device. The device is supplied with product as and when
mesure de la consommation, par un moyen de toute type connu et non représenté. measurement of consumption, by any means known and not shown.
En figure 2 est représenté un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans ce cas, le produit est maintenu écarté de la chambre (8) par une paroi (9). Cette disposition rend l'alimentation du dispositif en produit plus simple car il n'est pas nécessaire de maintenir un niveau précis, il suffit de garantir un volume minimum s de produit dans le réservoir. In Figure 2 is shown another embodiment of the present invention. In this case, the product is kept apart from the chamber (8) by a wall (9). This arrangement makes supplying the device with product simpler since it is not necessary to maintain a precise level, it suffices to guarantee a minimum volume s of product in the reservoir.
Comme on peut le voir, les dispositifs représentés sont symétriques et peuvent donc fonctionner dans le sens (F), mais également en sens opposé. As can be seen, the devices shown are symmetrical and can therefore operate in the direction (F), but also in the opposite direction.
La figure 3 représente schématiquement un circuit imprimé (1) sur lequel une opération de remplissage des zones (7) entre les pistes de cuivre (3) doit être 10 réalisée. On peut voir sur la vue de dessus en (3a), que les zones (7) sont ouvertes, ce qui empêche la possibilité de réaliser une étanchéité entre le dispositif et le substrat lorsque ledit dispositif est déplacé selon le sens F. Sur la vue en coupe (3b), on peut apprécier la surépaisseur générée par les pistes de cuivre (3), qui est typiquement de l'ordre de 400 microns pour ce type d'application. Le débit de fuite à un instant t est 15 proportionnel à la sommes des surfaces des zones (7) entre les pistes de cuivre (3) FIG. 3 schematically represents a printed circuit (1) on which an operation of filling the zones (7) between the copper tracks (3) must be carried out. It can be seen in the top view at (3a) that the zones (7) are open, which prevents the possibility of sealing between the device and the substrate when said device is moved in the direction F. In the view in section (3b), one can appreciate the extra thickness generated by the copper tracks (3), which is typically of the order of 400 microns for this type of application. The leakage rate at an instant t is proportional to the sum of the areas of the zones (7) between the copper tracks (3)
rencontrées par le dispositif à l'instant t. encountered by the device at time t.
La figure 4 montre comment le niveau de dépression peut varier en fonction de la variation du débit de fuite rencontré selon le déplacement F du dispositif sur le substrat. Dans le cas représenté, la dépression maximum atteignable par le moyen 20 d'extraction lorsque la fuite est nulle est de 10 %, la fuite maximum rencontrée sur ce FIG. 4 shows how the level of vacuum can vary as a function of the variation in the leakage rate encountered according to the movement F of the device on the substrate. In the case shown, the maximum vacuum attainable by the extraction means 20 when the leak is zero is 10%, the maximum leak encountered on this
substrat conduit à une dépression minimum de 5 %. L'objet de l'invention est donc de créer un régime dynamique de circulation d' air devant le produit de remplissage et grâce au différentiel entre le débit potentiel d'extraction et le débit de fuite représentant l'air admis dans la chambre du dispositif, on maintient une dépression minimum devant ledit 25 produit de remplissage. substrate leads to a minimum depression of 5%. The object of the invention is therefore to create a dynamic regime of air circulation in front of the filling product and thanks to the differential between the potential extraction flow rate and the leakage flow rate representing the air admitted into the chamber of the device. a minimum vacuum is maintained in front of said filling product.
Dans la mesure o la dépression dans le dispositif selon la présente invention est faible et que le produit de remplissage peut être très visqueux, il est judicieux de soumettre le produit à une pression de transfert de façon à pousser le produit dans les ouvertures du substrat. Cette pression de transfert peut être générée par 30 une mise en pression du produit de remplissage par un moyen non représenté, ou alors et de façon préférentielle elle est obtenue en conférant un angle inférieur à 900 à la paroi du dispositif située derrière le produit de remplissage par rapport à la surface du substrat. Pour limiter le débit de fuite et ainsi obtenir un niveau de dépression supérieur pour un même moyen d'extraction d'air, il peut être judicieux d'augmenter la 5 largeur de la paroi avant du dispositif (4). Ainsi, on crée des chicanes à l'avant du Since the vacuum in the device according to the present invention is low and that the filling product can be very viscous, it is advisable to subject the product to a transfer pressure so as to push the product into the openings of the substrate. This transfer pressure can be generated by pressurizing the filling product by means not shown, or else and preferably it is obtained by imparting an angle of less than 900 to the wall of the device located behind the filling product. relative to the surface of the substrate. To limit the leakage rate and thus obtain a higher level of vacuum for the same air extraction means, it may be advisable to increase the width of the front wall of the device (4). So, we create baffles at the front of the
dispositif, ce qui génère une perte de charge qui diminue la fuite (d). device, which generates a pressure drop which reduces leakage (d).
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