FR2870429A1 - Dispositif de blindage pour module electronique radioelectrique - Google Patents

Dispositif de blindage pour module electronique radioelectrique Download PDF

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Abstract

On utilise un cadre (201) pour la réalisation d'un blindage d'un circuit imprimé (203). Ce cadre comporte sur sa partie inférieure un rebord (202) sur lequel est soudé le circuit imprimé à blinder. Une fois soudé, le circuit imprimé est intégralement contenu dans le volume défini par le cadre. La hauteur du cadre est donc au moins égale à l'épaisseur du circuit imprimé, composants électroniques inclus. Une fois le circuit imprimé soudé, le cadre est refermé avec un couvercle (204). Le cadre et le couvercle sont en matériaux conducteur. Le couvercle une fois en place est situé à l'intérieur du cadre. Dans l'invention la cage de Faraday est réalisée par le cadre, le couvercle, et le plan de masse du circuit imprimé, sur lequel est soudé le cadre.

Description

Dispositif de blindage pour module électronique radioélectrique.
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention a pour objet un dispositif de blindage pour module électronique radioélectrique (nommé "radio" dans la suite du texte). Le domaine de l'invention est celui des modules électroniques intégrés, et plus particulièrement des modules électroniques intégrés radio. Un module intégré est, par exemple, un circuit imprimé sur lequel sont fixés des composants électroniques réalisant une ou plusieurs fonctions. Un module intégré radio est un module intégré dont au moins une fonction impose une fréquence de travail telle aux composants électroniques que ceux-ci émettent des radiations électromagnétiques incompatibles avec les normes de compatibilité électromagnétique. De tels modules radios sont, par exemple, les modules GSM, PCS, DCS, UMTS ou d'autres normes de téléphonie. De tels modules doivent donc être blindés, c'est-à-dire enfermés dans une cage de Faraday.
Plus précisément, le domaine de l'invention est celui de la compatibilité électromagnétique des modules électroniques radio, et encore plus particulièrement le domaine de l'invention est celui de la compatibilité électromagnétique des modules électroniques assurant une fonction de radiocommunication.
Un but de l'invention est de réaliser un blindage efficace de tels modules.
Un autre but de l'invention est de réduire l'encombrement de tels modules après blindage.
Un autre but de l'invention est de rendre le blindage de tels modules réversibles (démontables) Un autre but de l'invention est de rendre la réalisation du blindage de tels modules facilement industrialisable.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Dans l'état de la technique on connaît le document US 5,398,169 qui enseigne la réalisation d'un blindage d'un circuit électronique en enfermant celui-ci dans une boite munie d'un couvercle. Une telle réalisation présente de réels problèmes d'encombrement qui freine l'intégration des modules blindés dans des appareils devant offrir de plus en plus de fonctionnalités, mais aussi devant être de plus en plus discrets.
Dans l'état de la technique on connaît aussi le document WO 01/82672 qui enseigne la réalisation d'un blindage par le dépôt d'une métallisation sur une sur-couche d'un circuit imprimé, cette sur-couche étant soit un couvercle, soit un plastique injecté isolant. Cette sur-couche est aussi recouverte d'un matériel conducteur afin d'assurer le blindage proprement dit. Cette solution présente elle aussi des inconvénients en terme d'encombrement et d'industrialisation. Le problème d'encombrement est du à l'allocation de la place nécessaire à la fixation du couvercle par soudure sur le circuit imprimé. Le problème d'encombrement et d'industrialisation est aussi lié, lorsque le plastique isolant est injecté, au besoin de limiter le volume d'injection. Cela impose le recours à des éléments non fonctionnels ce qui est préjudiciable en terme de procédé de fabrication car ces éléments augmentent le coût des modules et leur encombrement car ces éléments non fonctionnels doivent bien être mis en place. Un tel élément non fonctionnel est, par exemple, un boudin de silicone destiné à délimiter l'injection.
Dans l'état de la technique on connaît le document US 5,377,081 qui enseigne la réalisation d'un blindage en utilisant un capot en résine recouvrant complètement le circuit imprimé et dont les bords intérieurs des parois comportent des motifs d'interconnexion avec un autre circuit. Le capot en résine est lui recouvert d'un film métallique. Cette solution présente les inconvénients déjà cités pour l'encombrement. Cette solution présente aussi des inconvénients liés à la réalisation des motifs d'interconnexion, et de la connexion de ces motifs sur le circuit imprimé sur lequel doit être fixé le module blindé.
Dans l'état de la technique on connaît aussi le document WO 01/82671 qui enseigne une technique d'enrobage des composants, ledit enrobage étant suivi d'une étape de dépôt d'un film métallique pour assurer le blindage. Cette solution présentes les inconvénients d'encombrement et d'industrialisation déjà décrite précédemment pour l'injection de plastique isolant.
Un inconvénient supplémentaire lié aux techniques d'injection et d'enrobage en générale est qu'elles sont irréversibles. Une fois l'enrobage effectué, il n'est plus possible d'accéder aux composants électroniques réalisant le module, ce qui pose des problèmes en cas de panne.
La figure 1 illustre les problèmes d'encombrement liés aux solutions de l'état de la technique. En particulier toutes les solutions de l'état de la technique requiert une piste de raccordement à la masse des moyens de blindage. La figure 1 montre un circuit imprimé 101, ou PCB, sur lequel est imprimé un circuit comportant aux moins des pistes 102 et 103, la piste 102 servant à la connexion d'un composant électronique 104 sur le circuit imprimé 101. Que ce soit pour des contraintes électriques, ou pour des contraintes d'encombrement liés à la taille des composants électroniques, il faut qu'il y ait une certaine distance entre les pistes. Dans l'exemple de la figure 1, la piste 103 est la piste permettant d'effectuer le raccordement des moyens de blindage. La piste 103 doit donc être située à une distance minimale du reste du circuit. De plus cette piste doit avoir une largeur minimale de manière à permettre à la fois la soudure et une bonne conduction des signaux. Pour des raisons de réalisation de la gravure du circuit, les pistes doivent de plus être à une certaine distance du bord du circuit imprimé. La figure 1 illustre donc le fait que le circuit imprimé 101 une fois blindé par un couvercle 105 selon l'état de la technique occupe une superficie bien supérieure à celle du même circuit non blindé.
L'invention résout ces problèmes en utilisant un cadre pour la réalisation du blindage. Ce cadre comporte sur sa partie inférieure un rebord sur lequel est soudé le circuit imprimé à blinder. Une fois soudé, le circuit imprimé est intégralement contenu dans le volume défini par le cadre. La hauteur du cadre est donc au moins égale à l'épaisseur du circuit imprimé, composants électroniques inclus. Une fois le circuit imprimé soudé, le cadre est refermé avec un couvercle. Le cadre et le couvercle sont en matériaux conducteur. Le couvercle une fois en place est situé à l'intérieur du cadre. Dans l'invention la cage de Faraday est réalisée par le cadre, le couvercle, et le plan de masse du circuit imprimé, sur lequel est soudé le cadre.
L'invention a donc comme objet un dispositif de blindage pour module électronique radio réalisé sur un circuit imprimé dont la face inférieure est un plan de masse métallisé caractérisé en ce que le dispositif de blindage comporte au moins un cadre en matériau conducteur et dont la section est complémentaire de la découpe du circuit imprimée, le cadre comportant à une de ses deux extrémités un rebord orienté vers l'intérieur du cadre, ce rebord étant perpendiculaire aux parois du cadre et courant sur toute la périphérie du cadre, ce rebord étant apte à coopérer avec la surface inférieure du circuit imprimé lorsque celui ci est placé dans le cadre pour y être soudé, les points de soudure étant réalisés entre le rebord du cadre et la surface inférieure du circuit imprimé, le dispositif de blindage comportant aussi un couvercle recouvrant le circuit imprimé lorsque ledit circuit imprimé est soudé dans le cadre, le couvercle coopérant avec le cadre pour la réalisation du blindage.
Avantageusement l'invention est aussi caractérisée en ce que la hauteur du cadre est sensiblement égale à l'épaisseur maximale du circuit imprimé y compris les composants réalisant le module radio.
Avantageusement l'invention est aussi caractérisée en ce que le couvercle est une structure métallique plane de dimensions sensiblement égale aux dimensions du circuit imprimé, le couvercle comportant un rebord sur tout son pourtour, ce rebord étant sensiblement perpendiculaire à un plan défini par le couvercle, ce rebord coopérant avec le cadre pour le maintient en place du couvercle, l'élasticité du couvercle permettant à la fois sa mise en place et son maintien, le couvercle étant mis en place à l'intérieur du cadre.
Avantageusement l'invention est aussi caractérisée en ce que le rebord du couvercle comporte au moins un ergot apte à coopérer avec au moins un orifice du cadre pour le maintient en place du couvercle.
Une manière avantageuse de fabriquer le dispositif selon l'invention est aussi caractérisée en ce qu'une fois le circuit imprimé soudé au cadre, on fixe sur le cadre des cales en équerre, ces cales étant aptes à coopérer avec une feuille métallique servant de couvercle au cadre, les cales étant alors fixées à la fois au cadre et à la feuille métallique.
Alternativement, une façon de fabriquer le dispositif selon l'invention est aussi caractérisée en ce qu'une fois le circuit imprimé soudé au cadre, les composants réalisant le module sont enrobés dans une résine isolante qui est ensuite peinte par un verni conducteur ou analogue, ledit verni une fois déposé étant en contact avec le cadre, le volume occupé par la résine étant borné par le cadre.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
Figure 1: une illustration de l'état de la technique.
Figure 2: une illustration en perspective d'une réalisation selon l'invention.
Figure 3: une illustration en coupe d'une réalisation selon l'invention correspondant à la figure 1.
Figure 4: une illustration en coupe d'une variante de réalisation de l'invention.
Figure 5: une illustration vue de dessus d'une variante de cadre pour la réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DES FORMES DE REALISATION PREFEREES DE L'INVENTION La figure 2 montre un cadre 201 selon l'invention. Un tel cadre est une pièce creuse réalisée dans un matériel conducteur et ayant une section interne correspondant à la géométrie du circuit imprimé destiné à être blindé par le cadre. Un circuit imprimé a une structure plane, la section interne du cadre 201 correspond donc au périmètre du circuit intégré à blinder. Dans la pratique les parois du cadre ont une épaisseur de l'ordre de 0,2mm et une hauteurs correspondant sensiblement à l'épaisseur du circuit imprimé à blinder, ce circuit imprimé étant alors considéré avec ses composants électroniques.
La figure 2 montre aussi que le cadre comporte, sur son bord inférieur, un rebord 202, ou couronne, courant sur toute la périphérie du cadre. Ce rebord est perpendiculaire au cadre et orienté vers l'intérieur du cadre. Ainsi la section supérieure du cadre 201 à une surface plus grande que la section inférieure du cadre 201. Le rebord 202 a une largeur de l'ordre de I mm. La largeur est plus grande dans le cas où l'on veut augmenter la rigidité de l'ensemble.
La figure 2 montre aussi un circuit imprimé 203 sur lequel sont soudés des composants électroniques réalisant une fonction, par exemple une fonction de téléphonie mobile de type GSM. Le périmètre du circuit imprimé 203 correspond alors à la section interne supérieur du cadre 201. Par convention on désigne par surface supérieure du circuit 203 imprimé la surface qui comporte les composants électroniques.
Lorsque le circuit imprimé 203 est mis en place dans le cadre 201, la surface inférieure du circuit imprimé 203 est donc en contact avec le rebord 202 du cadre 201. Le rebord 202 sert donc de buté lors de l'insertion du circuit imprimé 203 dans le cadre 201.
Comme la surface inférieure du circuit imprimé 203 est métallisée, et comme le cadre est réalisé dans un matériel conducteur, il existe une continuité de potentiel entre le cadre et la métallisation de la surface inférieure du circuit 203 imprimé. Cette continuité permet l'utilisation de la surface inférieure métallisée du circuit imprimé 203 pour la réalisation d'une cage de Faraday autour du circuit imprimé 203.
Dans une réalisation préférée, lors de la mise en place du circuit 203 dans le cadre 201, on utilise une pâte à braser, ou une colle conductrice, pour solidariser le circuit imprimé 203 et le cadre 201. Cette pâte ou cette colle est localisée sur le rebord 202, et plus spécifiquement sur la surface du rebord 202 qui est située en vis à vis du circuit imprimé 203, donc sur la surface du rebord 202 situé à l'intérieur du cadre 201. Dans le cas de la pâte à braser, il s'agit alors d'une solidarisation par soudure.
Une fois le circuit imprimé 203 mis en place dans le cadre 201, et ces deux éléments solidarisés, la cage de Faraday est fermée par un couvercle 204 qui s'encastre dans le cadre 201. Une fois le couvercle mis en place, celui ci est contenu dans le volume défini par le cadre 201. Ainsi, l'encombrement du produit fini, circuit imprimé et blindage, correspond au volume définit par le cadre 201.
Le couvercle 204 comporte une surface 205 métallique plane dont les dimensions sont sensiblement égales aux dimensions de la section supérieure du cadre 201. Le couvercle 204 comporte aussi des parois 206 à 209, perpendiculaires à la surface 205 et définissant un rebord de cette surface. Le couvercle 204 est mis en place avec les parois 206 à 209 située à l'intérieur du cadre 201. Le couvercle est réalisé dans un matériel conducteur d'épaisseur de l'ordre de 0,2mm. Une fois le couvercle 204 en place dans le cadre 201. Les parois 206 à 209 sont en contact avec les parois du cadre 201, ce qui garantit la continuité de potentiel entre le cadre 201 et le couvercle 204. Une cage de Faraday est ainsi réalisée autour du circuit imprimé 203, cette cage étant constituée de la surface inférieure du circuit imprimé 203, du cadre 201 et du couvercle 204.
La figure 3 illustre des détails du couvercle 204 en place dans le cadre 201. Les éléments de la figure 3 correspondant à ceux décrits pour la figure 1 sont désignés par les mêmes références. La figure 3 montre que lorsque le couvercle 204 est en place, sa surface 205 est en contact avec le composant électronique le plus haut soudé sur le circuit imprimé 203. Cela garantit un encombrement minimum pour le produit fini.
La figure 3 montre aussi qu'une fois le couvercle en place, celui ci est bombé. II s'agit là d'une variante de réalisation dans laquelle les dimensions de la surface 105 sont légèrement supérieures aux dimensions de la section interne supérieure du cadre 201. Dans ce cas de figure, le couvercle 204 une fois en place exerce une pression sur les parois du cadre 201. Cette pression contribue au maintien en place du couvercle 204 dans le cadre 201.
La figure 3 illustre aussi une autre variante pour solidariser le couvercle et le cadre. Dans cette variante le cadre 201 comporte, dans au moins une de ses parois, un orifice 210. Dans cette variante le couvercle 204 comporte, sur au moins une de ses parois, une languette découpée dans ladite paroi, cette languette comportant une excroissance 212. Lorsque le couvercle 204 est mis en place dans le cadre 201, l'excroissance 212 coopère avec l'orifice 210 pour solidariser le cadre 201 et le couvercle 204. Il est tout à fait envisageable que 2, 3 ou les quatre parois du couvercle 204 comporte une telle languette. Il est aussi envisageable qu'une paroi du couvercle 204 comporte plus d'une languette. Dans ces cas, les parois du cadre 201 comportent autant d'orifice que de languettes sur les parois du couvercle 204. On note ici que dans cette variante la languette est facultative et que seul compte l'ergot qui peut alors être directement sur la, ou les, parois du couvercle 204. Les languettes on pour but de faciliter l'insertion et l'extraction du couvercle 204 dans le cadre 201.
Les variantes déjà décrites pour solidariser le couvercle et le cadre sont compatibles et réversibles. C'est-à-dire que le couvercle peut être retiré après mise en place.
La figure 3 illustre aussi parfaitement le fait que le circuit 203 imprimé repose sur le rebord 202 du cadre 201 tout en étant à l'intérieur de ce cadre 201. La figure trois illustre aussi le fait que l'encombrement du produit fini est celui du circuit imprimé 203 avec ses composants, augmenté de 0.4mm dans chacune des directions. Cette augmentation correspondant uniquement à l'épaisseur des éléments du cadre et du couvercle.
Cette faible augmentation d'encombrement permet d'utiliser des techniques classiques pour fixer le produit fini sur un circuit imprimé 301, notamment le recours à des billes métalliques, et à la soudure par refusions.
Globalement cette mise en oeuvre de l'invention permet de gagner 10% en épaisseur et 10% en surface pour un circuit imprimé ayant une épaisseur et une surface hors blindage de l'ordre de 2,8mm et 1000mm2.
La figure 4 illustre une variante de réalisation de l'invention. Dans cette variante, après la mise en place du circuit 203 imprimé dans le cadre 201, on place des cales 401 en équerre sur la partie interne supérieur des parois du cadre 201. Sur la figure 4 une seule de ces cales est représentée, dans la pratique il y a au moins une cale par paroi du cadre 201. Dans une réalisation préférée, une cale s'étend sur toute la longueur de la paroi sur laquelle elle est fixée. Une telle cale comporte au moins 2 branches perpendiculaires l'une à l'autre. Ces cales sont réalisées dans un matériel conducteur, dans la pratique le même que celui utilisé pour le cadre 201. Ces cales sont soudées aux parois du cadre 201 par une de leur branche 402 de telle sorte que l'autre branche 403 soit située au niveau du haut de la paroi du cadre 201, et que cette autre branche soit parallèle au circuit imprimé 203. Une fois les cales en place on soude sur les branches 403 un film métallique 404. Un tel film métallique a une épaisseur de l'ordre de 0.05mm. Ce film métallique une fois soudé affleure ou touche les composants électroniques les plus hauts du circuit imprimé 203. Les cales 401, et le film 404 sont équivalents, par leur fonction, au couvercle 204. Dans cette variante le gain en épaisseur est de 15% pour un circuit ayant des dimensions de l'ordre de celles déjà citées.
Dans une autre variante de l'invention, on considère le cadre 201 dans lequel à été fixé le circuit imprimé 203 comme un récipient dans lequel on injecte un produit d'enrobage isolant tel que ceux utilisés dans l'état de la technique. Puis, l'enrobage une fois réalisé, on recouvre cet enrobage d'un verni conducteur, ce verni étant en contact avec les parois du cadre 201. On réalise ainsi une cage de Faraday autour du circuit imprimé 203. Cette variante est irréversible car une fois l'enrobage réalisé il n'y a plus moyen d'accéder aux composants électroniques du circuit imprimé 203. Cependant cette variante présente des avantages d'industrialisation, et d'encombrement en terme de surface, par rapport à l'état de la technique. En effet dans l'invention le volume d'enrobage est parfaitement défini et limité par le cadre 201. II n'y a donc pas de gaspillage de produit enrobant et cela facilite le processus de fabrication. Avec l'invention il n'y a pas besoin d'une piste spécifique pour le raccordement électrique du vernis, c'est le cadre qui remplit cette fonction. On a donc un gain de surface.
La figure 5 illustre une variante de réalisation du cadre selon l'invention. La figure 5 montre un cadre 501 comportant deux parties 502 et 503. Les deux parties 502 et 503 une fois assemblées et soudées forment un cadre identique au cadre 201. Dans l'exemple illustré la découpe des parties est réalisée selon une diagonale du cadre. Ce mode de réalisation présente certains avantages d'industrialisation pour l'insertion du circuit imprimé 203 dans le cadre 201. Dans cette variante en effet, le circuit imprimé 203 est d'abord placé sur l'élément 502 du cadre 501, puis le cadre 501 est complété par l'élément 503. Cette variante permet une plus grande tolérance vis à vis des cotes à respecter pour la production à la fois du cadre 501 et du circuit imprimé 203. De manière évidente on peut définir un autre axe de découpe pour avoir un cadre en deux parties.
Un autre avantage de l'invention est que l'utilisation d'un cadre métallique apporte de la rigidité au produit fini. Il devient alors possible de réalisé le circuit imprimé sur une plaque moins épaisse, une partie des contraintes mécaniques subies par cette plaque étant absorbée par le cadre. Il est ainsi possible de gagner encore en épaisseur.

Claims (5)

REVENDICATIONS
1 - Dispositif de blindage d'un module électronique radio réalisé sur un circuit imprimé (203) dont la face inférieure est un plan de masse métallisé caractérisé en ce que le dispositif de blindage comporte au moins un cadre (201) en matériau conducteur et dont la section est complémentaire de la découpe du circuit imprimé, le cadre comportant à une de ses deux extrémités un rebord (202) orienté vers l'intérieur du cadre, ce rebord étant perpendiculaire aux parois du cadre et courant sur toute la périphérie du cadre, ce rebord étant de plus apte à coopérer avec la surface inférieure du circuit imprimé lorsque celui ci est placé dans le cadre pour y être soudé, les points de soudure étant réalisés entre le rebord du cadre et la surface inférieure du circuit imprimé, le dispositif de blindage comportant aussi un couvercle (204) recouvrant le circuit imprimé lorsque ledit circuit imprimé est soudé dans le cadre, le couvercle coopérant avec le cadre pour la réalisation du blindage.
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur du cadre est sensiblement égale à l'épaisseur maximale du circuit imprimé y compris les composants réalisant le module radio.
3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le couvercle est une structure (205) métallique plane de dimensions sensiblement égale aux dimensions du circuit imprimé, le couvercle comportant un rebord (206-209) sur tout son pourtour, ce rebord étant sensiblement perpendiculaire à un plan défini par le couvercle, ce rebord coopérant avec le cadre pour le maintient en place du couvercle, l'élasticité du couvercle permettant à la fois sa mise en place et son maintien, le couvercle étant mis en place à l'intérieur du cadre.
4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le couvercle est maintenu en place au moyen d'au moins un ergot (212) agencé dans son rebord et coopérant avec au moins un orifice (210) du cadre.
- Procédé de fabrication du dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que une fois le circuit imprimé soudé au cadre, on fixe sur le cadre des cales (401) en équerre, ces cales étant aptes à coopérer avec une feuille (404) métallique servant de couvercle au cadre, les cales étant alors fixées à la fois au cadre et à la feuille métallique.
6 - Procédé de fabrication du dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que une fois le circuit imprimé soudé au cadre, les composants réalisant le module sont enrobés dans une résine isolante qui est ensuite peinte par un verni conducteur ou analogue, ledit verni une fois déposé étant en contact avec le cadre, le volume occupé par la résine étant borné par le cadre.
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