FR3046020A1

FR3046020A1 - Procede de realisation d'un composant electronique comportant un boitier en technique d'impression 3d

Info

Publication number: FR3046020A1
Application number: FR1662970A
Authority: FR
Inventors: Andreas Kugler; Frederik Ante; Kristina Berschauer; Matthias Mahlich; Ricardo Ehrenpfordt; Ruben Wahl; Thomas Brettschneider; Ulrich Schaaf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: IT201600125796A1; DE102015226202A1; FR3046020B1

Abstract

Procédé de réalisation d'un composant électronique (1) comportant un substrat (10), muni d'un composant électronique (11). Selon le procédé on réalise un boîtier (12) logeant au moins partiellement le composant électronique (11). On réalise le boîtier (12) par impression en 3D, notamment directement sur le substrat (10).

Description

Domaine de l’invention

La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d’un composant électronique comportant un substrat, par exemple une plaque de circuit, muni d’un composant électronique et consistant à réaliser un boîtier logeant au moins partiellement le composant électronique.

Etat de la technique

Les composants électroniques au sens de la présente invention sont des unités de capteur(s) ou, par exemple, des unités de commande appliquées à un véhicule ; une grande partie des composants électroniques installés dans les véhicules se composent d’un appareil de commande et de capteurs associés ou d’une boîte de capteurs. L’appareil de commande traite ainsi les informations qui sont détectées par les multiples détecteurs répartis de façon décentralisée. Par exemple, les capteurs d’ultrasons pour les manoeuvres de rangement dans un parking, équipent le pare-choc d’un véhicule ou par exemple un coussin gonflable ou encore des capteurs ESP distants dans l’habitacle et qui communiquent avec des appareils de commande d’état, par exemple, installés dans l’enceinte du moteur du véhicule.

La figure 1 montre un composant électronique construit selon l’état de la technique et installé sur un substrat 10, par exemple une plaque de circuit avec des composants électroniques 11 formant l’appareil de commande proprement dit ; le substrat 10 et les composants électroniques sont logés dans un boîtier 12 qui entoure pratiquement complètement les composants électroniques 11. Le boîtier 12 forme un boîtier de détecteur de second niveau et constitue ainsi un boîtier entourant l’ensemble de l’électronique de sorte que celui-ci est installé avec le substrat 10 et les autres composants 11 dans le boîtier 12. L’installation, par exemple hermétiquement étanche est protégée contre l’humidité, les saletés et les effets mécaniques.

Le boîtier 12 a une pièce de connexion 13, réalisée en une seule partie et avec la même matière que le boîtier pour mettre en contact le composant électronique 1 avec un périphérique, c’est-à-dire, par exemple, avec un connecteur complémentaire 17 équipant le véhicule. Le boîtier 12 et la pièce de contact de connecteur 13 sont, par exemple, en matière plastique, injectée. Etant donné de la multiplicité des géométries des connecteurs normalisés, la pièce de contact de connecteur 13 peut constituer pratiquement un composant de l’ensemble du boîtier 12. L’électronique qui se miniaturise de plus en plus offre l’avantage de l’intégration sous la forme de systèmes techniques avec un plus faible encombrement ; la tendance à la miniaturisation est souvent limitée par la réalisation des boîtiers de second niveau. Dans la mesure où le boîtier est, par exemple, muni d’un couvercle ou de deux moitiés en forme de coque, le substrat pourra être placé avec ses composants électroniques dans le boîtier que l’on fermera. Souvent, l’extension en surface du substrat et les dimensions différentes des composants électroniques insérés au substrat, ne permettent qu’un faible degré d’utilisation dans le boîtier, de sorte que la miniaturisation de l’électronique ne peut pas être poussée en principe par la construction du boîtier.

But de l’invention

La présente invention a pour but de développer un procédé de réalisation d’un composant électronique à boîtier perfectionné dont le boîtier soit adapté autant que possible à la réalisation du substrat et des composants électroniques et permet une intégration fonctionnelle.

Exposé et avantages de l’invention A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé de réalisation d’un composant électronique comportant un substrat, par exemple une plaque de circuit, muni d’un composant électronique consistant à réaliser un boîtier logeant au moins partiellement le composant électronique, ce procédé étant caractérisé en ce qu’on réalise le boîtier par impression 3D, notamment directement sur le substrat. L’invention a également pour objet un composant électronique comportant un substrat, par exemple une plaque de circuit, muni de composants électroniques et un boîtier qui s’étend sur au moins une partie des composants électroniques, cette unité de construction électronique étant caractérisé en ce que le boîtier est construit en technique d’impression 3D sur le substrat.

En d’autres termes, selon l’invention, on réalise le boîtier en impression 3D, notamment en construction directe sur le substrat.

Le cœur de l’invention est un développement totalement nouveau d’un boîtier d’un produit final en réalisant le boîtier en impression 3D. Cette technique d’impression est également connue comme technique de prototypage rapide, tout d’abord on réalise un substrat sur lequel on installe les composants électroniques et ensuite on place le substrat avec les composants électroniques dans une installation pour réaliser le boîtier en impression 3D. La réalisation / construction du boîtier, se fait alors en commençant directement par le substrat, par exemple dans la région du bord de celui-ci. L’impression 3D permet, par exemple, d’effectuer un frittage laser sélectif d’un polymère par stéréo-lithographie, par un procédé de traitement optique numérique pour des résines synthétiques liquides, par un modelage par projection ou par un modelage par dépôt de matières plastiques à l’état fondu ; on peut également travailler en partie des résines dans chacun ou dans certains des procédés. Le choix des matières thermoplastiques ou thermodurcissables est envisageable. Les structures électro-conductrices peuvent être générées par des modifications appropriées des matières évoquées ci-dessus, mais également par fusion par faisceaux électroniques ou faisceaux laser de métaux. L’utilisation de la technique d’impression 3D avec une résolution minimale possible de 25pm au moins c’est-à-dire avec des têtes d’impression très compactes, permet de construire un boîtier avec des composants électroniques miniaturisés ; ce boîtier sera adapté par le procédé très souple, d’impression 3D aux dimensions géométriques des composants.

Selon un autre développement du procédé de l’invention, le boîtier comporte une pièce de contact de connecteur réalisée en commun avec le boîtier en impression 3D. La pièce de contact de connecteur sert au branchement électrique d’un connecteur complémentaire, par exemple, celui équipant le véhicule. La pièce de contact de connecteur est réalisée avantageusement avec un moyen d’enclipsage ou encore on envisage des variantes de possibilités de liaison par frottement, vissage, collage ou des procédés analogues de sorte que la pièce de contact de connecteur formé sur le boîtier pourra avoir n’importe quelle forme possible. L’avantage de la technique d’impression en 3D est de pouvoir générer des géométries quelconques ainsi que des contre-dépouilles, des crochets, des géométries de languettes / rainures.

Un autre avantage du procédé d’impression en 3D est de pouvoir réaliser le boîtier avec des matières différentes. On peut, par exemple, réaliser le boîtier avec une structure de base en une matière à résistance mécanique et des segments du boîtier qui ont, par exemple, des propriétés d’élasticité pour avoir un effet d’étanchéité.

Suivant une autre caractéristique, le boîtier comporte des éléments conducteurs et de contact réalisés en commun avec le boîtier par l’impression en 3D. Les éléments conducteurs et de contact ont des matières métalliques qui sont réalisées en commun et en même temps avec les matières plastiques du boîtier, par l’impression en 3D. Ainsi, dans la réalisation du boîtier et avec une partie de contact de connecteur, les éléments de conducteur et les éléments de contact seront réalisés directement en une seule pièce avec le boîtier et branchés sur le substrat. Le substrat a, par exemple, des surfaces de contact préparées sur lesquelles on construit des éléments de conducteurs et de contacts métalliques de sorte que ceux-ci s’étendent à partir du substrat jusque dans la partie de contact de connecteur. On peut ainsi réaliser des éléments de contact en forme de languette ou de broche qui seront branchés de façon usuelle avec un connecteur complémentaire. Toutefois, la pièce de contact de connexion selon l’invention est réalisée en commun avec l’élément conducteur et l’élément de contact en impression en 3D.

Suivant une autre caractéristique, le substrat subit un traitement de surface pour la construction en 3D du boîtier. Le traitement de surface consiste, par exemple, à former des sillons et/ou des tranchées et/ou appliquer des moyens adhésifs au substrat pour garantir l’accrochage de la matière servant à former le boîtier en technique d’impression en 3D. Le traitement de surface peut se faire en même temps que la réalisation des surfaces de contact correspondantes pour le branchement électrique des éléments de conducteurs et de contacts.

Selon un autre développement du procédé de l’invention, on place plusieurs composants électroniques dans une ébauche et on réalise simultanément le boîtier de chacun des composants électroniques, par construction par impression en 3D sur le substrat. De telles ébauches constituent le substrat de base de la fabrication recevant les composants électroniques tout d’abord dans un procédé effectué en parallèle. Lorsque plusieurs boîtiers sont construits en même temps pour un certain nombre de composants électroniques sur l’ébauche en technique d’impression 3D, cela se traduit par des économies de temps et de coûts importants dans la réalisation du procédé. Ensuite, on sépare les différents composants électroniques avec boîtier de l’ébauche pour obtenir des éléments séparés.

Selon un développement du procédé de l’invention, le boîtier est réalisé sur un premier côté du substrat et le côté du substrat à l’opposé de celui du boîtier une couverture avec un couvercle ou une masse coulée. En variante, on peut également prévoir un boîtier construit en impression 3D sur les deux côtés du substrat. L’invention a également pour objet un composant électronique comportant un substrat, par exemple une plaque de circuit garnie de composants électroniques, le boîtier s’étendant sur au moins une partie des composants électroniques est réalisé en impression en 3D sur le substrat. Le composant électronique a un boîtier avec une pièce de contact de connecteur pour le branchement sur le connecteur complémentaire du boîtier. La pièce de contact de connecteur peut également se réaliser en technique d’impression 3D et former un composant intégral du boîtier.

Dessins

La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l’aide d’un composant électronique et de son procédé de fabrication selon l’invention représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue d’un composant électronique avec son boîtier selon l’état de la technique, la figure 2 est une vue d’un composant électronique avec un boîtier réalisé selon l’invention, la figure 3 est une vue du composant électronique en direction de la pièce de connexion, la figure 4 est une vue en coupe d’un autre mode de réalisation d’un composant électronique selon l’invention, la figure 5 est une vue du composant électronique de la figure 4 sans son boîtier et, la figure 6 est une vue du composant électronique de la figure 4 dans la direction du connecteur.

Description de modes de réalisation de l’invention

La figure 1 montre un composant électronique 1 selon l’état de la technique comportant un substrat 10, par exemple une plaque de circuit munie de composants électroniques 11 et d’un boîtier 12 recevant au moins partiellement les composants électroniques 11. Le boîtier 12 est fabriqué de manière habituelle sous la forme d’une pièce en matière plastique injectée recevant les circuits électroniques.

La figure 2 montre un premier exemple de réalisation d’un composant électronique 1 dont le boîtier 12 est réalisé selon l’invention. Le composant électronique 1 a un substrat 10 équipé de plusieurs composants électroniques 11. Le substrat 10 porte des éléments de contacts électriques 16 et le boîtier 12 a une pièce formant un connecteur 13 dans lequel pénètrent les éléments de contact électrique 16. Lorsque le connecteur 17 qui équipe, par exemple un véhicule est couplé au connecteur 13, les éléments de contact électriques 16 sont branchés au véhicule. La partie de connecteur 13 a, par exemple, des crochets de retenue 19 qui peuvent accrocher le connecteur complémentaire 17 lorsque celui-ci est placé dans la partie de connecteur 13.

Selon l’invention, le boîtier 12 est fabriqué par impression en 3D. Le boîtier 12 est réalisé dans la zone du bord du substrat 10 ; le boîtier 12 est réalisé en une seule pièce en technique d’impression 3D selon les différentes géométries, notamment présentées en filigrane et, par exemple, également avec les crochets 19. Le boîtier 12 entoure ainsi les composants 11 et les éléments de contact électrique 16 qui sont sur le même côté du substrat 10 que le boîtier 12.

Les composants électroniques 11 sur le côté du substrat 10 à l’opposé du boîtier 12 sont couverts par le couvercle 15. Le couvercle 15 est, par exemple, réalisé sous la forme d’une masse coulée ou d’un élément de couverture.

La figure 3 est une vue du composant électronique 1 selon la figure 2 dans la direction de la pièce de contact 13. La pièce de contact 13 comporte comme élément principal de sa structure, les crochets 19. Dans la pièce de contact 13 on a les éléments de contact électrique 16 qui, selon le mode de réalisation présenté, se trouvent directement sur le substrat 10. Les éléments de contact 16 sont ainsi voisins des composants électroniques 11 sur le substrat 10. La partie restante, notamment autour des crochets 19 ou derrière les crochets 19 de la partie de connecteur 13 forme le boîtier 12. Celui-ci est construit sur le bord sur le substrat 10 par impression en 3D.

La figure 4 montre une autre variante du composant électronique 1 comportant un boîtier 12 qui forme en même temps la pièce de connecteur 13. L’exemple de réalisation montre également des éléments conducteurs et de contact 14 intégrés dans le boîtier 12 et qui sont également fabriqués par impression en 3D. Les éléments de conducteur et de contact 14 touchent le substrat 10 au niveau des surfaces de contact 18 correspondantes présentées à la figure 5. Les surfaces de contact 18 sont, par exemple, situées dans les coins du substrat 10 et ainsi ils sont près des composants électroniques 11. Lorsqu’on active la technique d’impression en 3D et que la matière du boîtier 12 se construit sur le substrat 10, alors on construit plan par plan aux endroits correspondants, une matière conductrice métallique commune avec la matière plastique du boîtier 12. La figure 6 montre ainsi le boîtier 12 avec la partie de connecteur 13 et au milieu, les éléments de conducteur et de contact 14 comme cela apparaît à la figure 4. L’invention ne se limite pas à l’exemple de réalisation présenté ci-dessus. Bien plus, on peut modifier le nombre de variantes qui répondent au problème posé même avec des modes de réalisation en principe différents.

NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX I Composant électronique 10 Substrat II Composant électronique 12 Boîtier 13 Partie de connecteur 14 Elément de conducteur et de contact 15 Couvercle 16 Elément de contact électrique 17 Connecteur complémentaire 18 Surface de contact 19 Crochet

Claims

REVENDICATIONS 1°) Procédé de réalisation d’un composant électronique (1) comportant un substrat (10), par exemple une plaque de circuit, muni d’un composant électronique (11) consistant à réaliser un boîtier (12) logeant au moins partiellement le composant électronique (11), procédé caractérisé en ce qu’ on réalise le boîtier (12) par impression en 3D, notamment directement sur le substrat (10).
2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (12) comporte une partie de connecteur (13) réalisée en commun avec le boîtier (12) par impression en 3D.
3°) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’ on applique l’impression 3D avec des matières de construction différentes et/ou une même matière de construction mais avec des paramètres de matière modifiés tels que le module d’élasticité, le module de perte, la conductivité électrique ou thermique.
4°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le boîtier (12) comporte des éléments de conducteur et de contact (14) réalisés en commun avec le boîtier (12) en impression 3D.
5°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’ on effectue un traitement de surface sur le substrat (10) pour l’impression en 3D du boîtier (12).
6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que par traitement de surface, on réalise des sillons et/ou des rainures et/ou on applique un moyen d’accrochage sur le substrat (10).
7°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’ on place plusieurs composants électroniques (1) dans une ébauche, le boîtier (12) de chaque composant électronique (1) étant généré en même temps par impression en 3D sur le substrat (10).
8°) Procédé selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu’ on construit le boîtier (12) sur un premier côté du substrat (10), et le côté du substrat (10) à l’opposé de celui du boîtier (12) comporte une couverture (15) avec un couvercle ou une masse coulée.
9°) Composant électronique (1) comportant un substrat (10), par exemple une plaque de circuit, muni de composants électroniques (11) et un boîtier (12) qui s’étend sur au moins une partie des composants électroniques (11), composant caractérisé en ce que le boîtier (12) est construit en technique d’impression en 3D sur le substrat (10).
10°) Composant électronique (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce qu’ il est réalisé comme capteur ou unité de commande pour un véhicule automobile, composant caractérisé en ce que le boîtier (12) comporte une pièce de connecteur (13) pour son couplage à un connecteur complémentaire (17) du véhicule.