FR2983029A1

FR2983029A1 - Circuit pour des composants electroniques et/ou electriques

Info

Publication number: FR2983029A1
Application number: FR1260976A
Authority: FR
Inventors: Alexander Bareiss
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2013-05-24
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: FR2983029B1; CN103140031B; CN103140031A; JP2013110413A; DE102011086707A1; US20130128480A1

Abstract

Circuit comportant au moins un composant électronique et/ou électrique (30) et un support (10). Un composant électronique et/ou électrique (30) est relié par au moins une couche de soudure (40 en formant une couche d'air (LS) entre le composant (30) et le support (10) en étant relié en conduction avec le support (10). Une structure réceptrice (20), tridimensionnelle, est intégrée dans le support (10, 10') dans laquelle le composant (30) est logé axiale - ment entre au moins deux zones de contact (22) de la structure réceptrice (20).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un circuit compor- tant au moins un composant électronique et/ou électrique et un support, le composant étant relié en conduction avec le support par au moins une couche de soudure en formant une couche d'air entre le composant électronique et/ou électrique. Etat de la technique Généralement, un circuit se compose d'un support et d'au moins un composant électronique et/ou électrique en contact élec- trique. Les composants électroniques et/ou électriques sont installés principalement sur des supports plans, notamment sur des plaques de circuit planes. Le circuit est optimisé pour son traitement et/ou les composants électriques et/ou électroniques montés et/ou la matière de la plaque de circuit et/ou les procédés de fabrication pour que le circuit puisse être réalisé de manière optimale. On connaît les contraintes thermiques et/ou mécaniques exercées sur les composants électroniques et/ou électriques et/ou sur les points de liaison électriques, par exemple entre la plaque de circuit et le composant électronique et/ou le composant électrique ainsi que les causes des sollicitations thermiques et mécaniques. Entre autres, les caractéristiques différentes des matières des composants électroniques et/ou électriques et de la plaque de circuit, ont des dilatations thermiques différentes générant des contraintes mécaniques telles que par exemple des tensions de cisaillement et le cas échéant l'endommagement tel que par exemple la destruction d'une soudure. Selon le type de conditions aux limites, les contre-mesures nécessaires et/ou les procédés de test sont très compliqués pour contrôler par exemple la tenue des points de liaison électriques. On connaît également les composants MID (Dispositifs de Connexion Moulés) qui permettent la réalisation de supports de conduc- teur en trois dimensions ou dans l'espace. Ces supports de circuit MID se distinguent des supports de circuit plats décrits ci-dessus, par exemple en ce que l'on peut facilement les utiliser comme supports de conducteur, dans l'espace. Grâce aux progrès des procédés de fabrica- tion, il existe depuis, sans aucune combinaison avec des inserts métal- ligues préfabriqués, des éléments réalisés en totalité en matière plastique et qui ont soit un composant de matière plastique métallisable et un composant isolant réalisé par un procédé d'injection à deux composants ou encore par un procédé d'injection monocomposant et traite- ment laser pour une métallisation dans des zones définies et servant ainsi de support de circuit. L'installation directe des composants électroniques et/ou électriques pour de telles pièces MID échoue souvent à cause de la difficulté liée aux problèmes des différentes matières et de leur propriété.

Par exemple, des dilatations thermiques différentes peuvent par exemple entraîner la défaillance de la fixation conductrice entre le composant électronique et/ou électrique et le composant MID ce qui, en fonctionnement, peut conduire à des défauts de fonctionnement qu'il n'est pas possible de prévoir précisément. Si l'on considère plus préci- sément les fixations, on constate que notamment des contraintes de ci- saillement générées par exemple par la géométrie de la liaison coulée, sont relativement défavorables pour la tenue de la réalisation. Mais pour des plaques de circuit, du fait de leur caractère bidimensionnel, on ne peut envisager d'autres solutions.

Le document DE 38 13 435 Al décrit par exemple un composant de type puce avec un élément électronique fonctionnel fixé sur une plaque de circuit. Le corps fonctionnel électronique est intégré dans un boîtier en forme de gobelet, préfabriqué, réalisé en une matière d'isolation. Le boîtier protège l'organe fonctionnel électronique contre les influences extérieures. Le document DE 34 12 492 A 1 décrit par exemple un condensateur électrique en forme de composant sur une puce. Le condensateur décrit comporte un corps dont les surfaces frontales opposées portent des couches de métal auxquelles on fixe des rubans en métal souple dépassant d'une enveloppe et formant l'enveloppe des sur- faces de soudure le long de la surface supérieure. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux incon- vénients des solutions connues et à pour objet un circuit du type défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'au moins une structure réceptrice, tri- dimensionnelle est intégrée dans le support dans laquelle le composant électronique et/ou électrique est logé axialement entre au moins deux zones de contact de la structure réceptrice. De cette manière, on utilise avantageusement les degrés de liberté géométriques d'un support tridimensionnel résultant de la disposition dans l'espace pour atténuer et/ou réduire les effets d'une dilatation thermique différente et/ou des contraintes mécaniques. Un tel effet est par exemple celui d'une contrainte de cisaillement entre le support et le composant électronique et/ou électrique agissant dans ces conditions sur la soudure. La réduction des contraintes thermiques et/ou mécaniques permet d'augmenter avantageusement la fiabilité des liaisons électriques et ainsi celles du circuit. Des développements de l'invention correspondent à des circuits ayant au moins un composant électronique et/ou électrique et un support. Le composant électronique et/ou électrique est relié par au moins une couche de soudure avec le support en formant une couche d'air entre le composant et le support pour être relié électriquement au support. Selon l'invention, une structure réceptrice tridimensionnelle est intégrée dans le support et celle-ci reçoit le composant électronique et/ou électrique, axialement entre au moins deux zones de contact de cette structure réceptrice. La structure réceptrice tridimensionnelle est appliquée par exemple de manière simple et économique grâce aux caractéristiques complémentaires disponibles de composants MID pour réduire les tensions mécaniques dans les liaisons électriques ou éliminer ces tensions. En fonction de la réalisation géométrique simplement par l'emplacement de la fixation, on transforme une contrainte de cisaillement en une contrainte de traction plus acceptable ou même on peut la réduire par une réalisation "souple en flexion" de l'emplacement de fixa- tion pour qu'elle soit sans effet sur la liaison électrique. Les composants électroniques et/ou électriques peuvent alors être installés directement sur des supports de conduction MID sans avoir à passer par le détour de plaques de circuit ce qui simplifie la réalisation et améliore de manière significative, globalement les possibilités de conception pour l'en- combrement.

D'une manière particulièrement avantageuse au moins une structure réceptrice tridimensionnelle comporte au moins deux supports de contact avec chacun au moins une zone de contact et au moins un composant est installé dans l'espace libre entre les deux sup- ports de contact. De manière avantageuse, la fixation entre les deux supports de contact et la géométrie de la soudure résultante, permettent de réduire notamment les contraintes de cisaillement. La pâte à souder peut être appliquée aux endroits correspondants dans le support ou dans la structure de réception et le composant sera ensuite mis en place de façon idéale sachant que l'ordre peut être modifié. La liaison par soudure réalisée par exemple par le procédé de soudage à la vague, se développe automatiquement et tire la masse de la soudure ainsi que le composant dans sa position optimale. D'autres techniques connues de liaison et les procédés de liaison correspondants tels que par exemple le soudage par laser peuvent s'appliquer d'une manière tout aussi avantageuse. Selon un autre développement du circuit selon l'inven- tion, la structure réceptrice tridimensionnelle a une cavité et les parois correspondantes de la cavité constituent les deux supports de contact.

Pour l'application, on peut réaliser dans le support, par exemple des cavités et/ou des encoches et/ou des dégagements. De manière avantageuse, le composant électronique est mis en contact axialement au lieu de l'être comme jusqu'à présent avec des gorges de soudure. En outre, de manière avantageuse, la structure réceptrice est fermée autour du composant par des parois et/ou elle est laissée ouverte sur au moins un côté. La structure réceptrice est ainsi adaptée à la forme prédéfinie et/ou à la géométrie du support. De plus, cette solution donne une structure réceptrice peu encombrante et dont la construction est simplifiée. De façon avantageuse, on améliore globalement les possibilités de conception de l'espace constructif. De manière avantageuse, on intègre bien les composants dans le support et on réduit les contraintes de cisaillement. Selon un autre développement avantageux du circuit de l'invention, au moins deux supports de contact sont en relief par rap- port au support. Ces deux supports de contact constituent la structure réceptrice tridimensionnelle sous la forme de poutres de flexion. La matière des supports de contact est choisie avantageusement pour que sous l'effet de tensions ou de déplacements des poutres de flexion, elles se déforment et permettent d'absorber avantageusement les contraintes pour ne transmettre qu'une charge partielle réduite aux points de liai- sons électriques. Les réalisations géométriques peuvent être combinées avantageusement avec différents détails, de manière quelconque à des éléments connus pour simplifier la sécurité de montage et la précision de la position. Les procédés de mise en forme applicables ici, tels que par exemple le procédé par injection, offrent différentes alternatives géométriques. Selon un autre développement avantageux du circuit de l'invention, le support est une ébauche injectée en matière plastique formée d'une première matière plastique susceptible d'être galvanisée et d'une seconde matière plastique qui ne peut être galvanisée et les zones du support en matière plastique susceptible d'être galvanisée, reçoivent par un procédé galvanique, une couche métallique de dimensions pré-définies. Le support peut être réalisé par exemple selon la technique MID-2K. C'est-à-dire que le support injecté est formé de deux compo- sants comprenant une matière plastique susceptible d'être galvanisée qui est surmoulée par injection avec une seconde matière plastique qui ne peut être galvanisée. Les surfaces partiellement en saillie de l'ébauche de préinjection sont revêtues par un procédé galvanique avec une surface métallique pour former les chemins conducteurs extérieurs des surfaces de contact ou autres. L'utilisation d'un tel support MID injecté, convient particulièrement bien pour la présente application, car grâce à la meilleure liberté de conception et à l'intégration des fonctions électriques et mécaniques, on peut mettre en avant la miniaturisation des supports de circuit.

Cela permet en outre une réalisation tridimensionnelle supplémentaire avantageuse des éléments de décharge. Le support MID peut également être structuré directe- ment par un laser. Le support de circuit MID se compose alors de la pièce injectée dont les emplacements des chemins conducteurs sont structurés par un laser et ensuite revêtus d'une surface métallique par un procédé de dépôt galvanique pour former des chemins conducteurs, les surfaces de contact et autres situés à l'extérieur. Selon un autre développement avantageux du circuit de l'invention, les deux supports de contact ont des zones en matière plas- tique susceptible d'être galvanisée et des zones en matière plastique qui ne peut être galvanisée. Cela permet avantageusement d'adapter de manière variable les supports de contact et de les réaliser en conséquence. De plus, dans cette technique de fabrication, on donne avantageusement des caractéristiques complémentaires au support de contact.

Selon un autre développement avantageux du circuit de l'invention, la couche métallique est appliquée sur au moins deux surfaces supérieures à l'équerre l'une par rapport à l'autre du support de contact respectif. La métallisation peut se faire dans des positions souhaitées de la surface supérieure du support MID et passer autour du coin jusque dans la cavité du support MID. Ces réalisations peuvent se faire par des procédés de fabrication usuels, tels que par exemple l'injection, la mise en structure par laser ou la galvanisation et cela sans rencontrer de difficulté. Cela permet de réaliser avantageusement une bonne fixation du composant.

Selon un autre développement avantageux du circuit de l'invention, la couche métallique est réalisée comme couche de contact et/ou comme chemin conducteur. De manière avantageuse, on peut avoir une forme et des dimensions simples, adaptées, pour la mise en contact.

Selon un autre développement avantageux du circuit de l'invention, les deux supports de contact ont un comportement élastique prédéfini pour reprendre directement les contraintes de traction sans générer de contraintes de cisaillement. Selon la géométrie par le seul point de fixation, on pourra transformer les contraintes de cisail- lement en contraintes de traction plus acceptables ou encore par une réalisation "souple en flexion", on pourra notamment les réduire jusqu'à ce qu'elles soient inoffensives pour la liaison électrique. Selon un autre développement du circuit de l'invention, dans au moins une structure de réception, on a au moins un élément d'appui entre au moins deux supports de contact. C'est ainsi que par exemple on réalise un appui dans la cavité ou entre les deux supports de contact en saillie pour recevoir le composant. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples d'un circuit électronique/électrique selon l'invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments ou éléments de même fonction portent les mêmes références. Ainsi, - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un premier exemple de réalisation d'un circuit selon l'invention, - la figure 2 est un détail à échelle agrandie du circuit de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe d'un second exemple de réalisation d'un circuit selon l'invention, - la figure 4 est une vue à échelle agrandie d'un détail du circuit de la figure 3. Description de modes de réalisation de l'invention Dans les circuits connus, on installe les composants sur des plaques de circuit, planes, et le cas échéant on les combine à des composants MID pour avoir une liaison tridimensionnelle. Dans les cas de plaques de circuit planes, on peut avoir des contraintes de cisaille- ment détériorant la liaison électrique et/ou celle du composant. Selon les figures 1 à 4, les présents exemples de réalisa- tion d'un circuit 1, 1' selon l'invention, comportent un composant électronique et/ou électrique 30, 30' et un support 10, 10'. Le composant électronique et/ou électrique 30, 30' est relié par une couche de sou- dure ou de brasure 40, 40' entre le composant électrique 30, 30' et le support 10, 10' de manière conductrice avec le support 10, 10' en laissant une couche d'air LS, LS'. Le composant électronique et/ou électrique 30, 30' des exemples de réalisation présentés, possède, au niveau des faces frontales, une zone de contact 30.1, 30.1' respective en métal ou en une autre matière électroconductrice. De plus, dans les exemples de réalisation représentés, toute la surface frontale du composant 30, 30' est une zone de contact 30.1, 30.1'. De plus, après réalisation des couches de soudure 40, 40' correspondantes, le composant 30, 30' est uniquement relié aux zones de contact 30.1, 30.1' avec le support 10, 10'. Selon une variante de réalisation non représentée, toute la surface frontale du composant n'est pas une zone de contact. Selon l'invention, une structure de réception 20, 20' tri- dimensionnelle est intégrée dans le support 10, 10' ; cette structure re- çoit au moins un composant 30, 30', installé axialement entre au moins deux zones de contact 22, 22' de la structure réceptrice 20, 20'. Comme cela apparaît en outre aux figures 1 à 4, au moins une structure réceptrice tridimensionnelle 20, 20' a au moins deux supports de contact 12, 12' ayant chacun au moins une zone de contact 22, 22' ; le composant 30, 30' laisse un espace libre 24, 24' entre les deux supports de contact 12, 12'. Comme cela apparaît en outre aux figures 1-4, entre les deux supports de contact 12, 12', la structure réceptrice 20, 20' a au moins un élément d'appui 26, 26' portant le composant électronique et/ou électrique 30, 30' avant le soudage. Pendant l'opération de sou- dage, il se forme des couches de soudure 40, 40' correspondantes, automatiquement qui tirent la masse de soudure et le ou les composants électroniques et/ou électriques 30, 30' dans la position optimale. Le support 10, 10' du circuit 1, 1' des exemples de réali- sation présentés, est une ébauche injectée en matière plastique formée d'une première matière plastique susceptible d'être galvanisée et d'une seconde matière plastique qui ne peut pas être galvanisée ; les zones du support 10, 10' en matière plastique susceptible d'être galvanisée, reçoivent par un dépôt galvanique, une couche métallique 12.1, 12.1' de dimensions prédéfinies. Les surfaces de contact peuvent avoir prati- quement n'importe quelle forme. Les supports de contact 12, 12' du support 10, 10' ont également des zones en matière plastique susceptible d'être galvanisée et qui seront revêtues d'un métal tel que par exemple du cuivre, nickel, argent, or ou autres. On peut ainsi donner une forme variable au support de contact 12, 12' de sorte que les zones de contact 12.1, 12.1' des supports de contact 12, 12' sont électroconductrices et permettent en outre une isolation électrique sur les supports de contact 12, 12'. De plus, on peut avoir un support de contact 12, 12' formé de plusieurs surfaces de contact 12.1, 12.1' permettant de fixer et de brancher électriquement plusieurs composants 30, 30'. Les deux supports de contact 12, 12' ont un comportement élastique prédéfini permettant de transformer des contraintes de cisaillement en contraintes de traction. Comme cela apparaît en outre aux figures 1 et 2, la structure réceptrice 20, tridimensionnelle, du premier exemple de réali- sation, comporte un creux 21 dont les parois correspondantes forment au moins deux supports de contact 12. La cavité 21 est par exemple une encoche ouverte au moins dans une direction de l'espace et/ou d'une cavité fermée ayant une forme géométrique quelconque. Les sur- faces de contact 12.1, correspondantes sont opposées l'une à l'autre dans la cavité 21 ; le support 10, lui-même peut avoir une forme géométrique quelconque. Dans le premier exemple de réalisation, le support est une plaque avec une surface de base rectangulaire munie de la cavité.

Comme cela apparaît en outre à la figure 2, la couche métallique 12.1 passe sur le coin d'au moins deux surfaces supérieures du support de contact 12 respectif ; ces surfaces sont pratiquement perpendiculaires l'une à l'autre. La couche métallique 12.1 forme ainsi au niveau de la paroi de la cavité 21, une zone de contact 22 et au-delà de la cavité 21, elle forme un chemin conducteur 28. Les zones de con- tact 22 respectives et les chemins conducteurs correspondants 28, relient le composant électronique et/ou électrique 30 à un circuit électronique et/ou électrique non représenté de manière détaillée. Selon les figures 3 et 4 les deux supports de contact 12' sont en saillie par rapport à la surface supérieure du support 10'. Les surfaces de contact 12' en saillie peuvent être fixées sur la surface de base du support 10' ou être réalisées en une seule pièce avec celui-ci. Comme cela apparaît en outre à la figure 4, la couche métallique 12.1' est appliquée principalement sur deux surfaces supé- rieures à l'équerre du support de contact 12' respectif. La couche métal- lique 12.1' forme une zone de contact 22' et/ou un chemin conducteur 28'. Le composant électronique et/ou électrique 30' est relié électriquement par le chemin conducteur 28'. Comme cela apparaît en outre à la figure 4, les supports de contact 12', en saillie, sont réalisés comme des filigranes, de sorte que le support de contact 12' se déforme sous l'effet de contraintes mécaniques ou de coulissement pour absorber au moins en partie les contraintes mécaniques produites. Ainsi, seulement une partie réduite de la charge partielle passe par le point de liaison électrique 40.5 NOMENCLATURE 1, 1' circuit 12, 12' support de contact 12.1, 12.1' couche métallique 20, 20' structure réceptrice 21 cavité 22, 22' zone de contact 24 espace libre 28.1, 28.2 chemin conducteur 30, 30' composant électronique et/ou électrique 30.1, 30.1' zone de contact 40 point de liaison/branchement électrique15

Claims

REVENDICATIONS1°) Circuit comportant au moins un composant électronique et/ou électrique (30, 30') et un support (10, 10'), au moins un composant électronique et/ou électrique (30, 30') étant relié par au moins une couche de soudure (40, 40') en formant une couche d'air (LS, LS') entre le composant électronique et/ou électrique (30, 30') et le support (10, 10') en étant relié en conduction avec le support (10, 10'), circuit caractérisé en ce qu' au moins une structure réceptrice (20, 20'), tridimensionnelle, est inté- grée dans le support (10, 10') dans laquelle le composant électronique et/ou électrique (30, 30') est logé axialement entre au moins deux zones de contact (22, 22') de la structure réceptrice (20, 20').
2°) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins une structure réceptrice (20, 20'), tridimensionnelle, comporte au moins deux supports de contact (12, 12') avec chaque fois au moins une zone de contact (22, 22'), * le composant électronique et/ou électrique (30, 30') étant logé dans un espace libre (24, 24') entre au moins deux supports de contact (12, 12').
3°) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins une structure réceptrice tridimensionnelle (20) comporte une cavité (21) et les parois correspondantes (12) de la cavité (21) forment les deux supports de contact (12).
4°) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux supports de contact (12') sont en saillie du support (10') pour former la structure réceptrice tridimensionnelle (20').355°) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (10, 10') est une ébauche injectée en matière plastique formée de matière plastique susceptible d'être galvanisée et d'une autre matière plastique non susceptible d'être galvanisée, * les zones du support (10, 10') en matière plastique susceptible d'être galvanisée recevant par un procédé galvanique une couche métal- lique (12.1, 12.1') de forme prédéfinie et de dimension prédéfinie. 6°) Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce qu' au moins deux supports de contact (12, 12') ont des zones en matière plastique susceptible d'être galvanisée et des zones en matière plastique qui ne peut être galvanisée. 7°) Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche métallique (12.1, 12.1') est appliquée sur au moins deux surfaces supérieures du support de contact (12, 12'), surfaces qui sont pra- tiquement perpendiculaires. 8°) Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que la couche métallique (12.1, 12.1') possède une zone de contact (22, 22') et/ou un chemin conducteur (28, 28'). 9°) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux supports de contact (12, 12') ont un comportement élastique prédéfini. 10°) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une structure réceptrice (20, 20') comporte au moins un élément de support (26, 26') entre au moins deux supports de contact (12, 12').5