FR3083047A1 - Emballage sous vide d'une carte electronique - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de finition d'une carte électronique, ladite carte électronique comprenant une première face portant au moins un composant électronique et une deuxième face opposée à la première face, le procédé comprenant les étapes suivantes : S1 : fourniture d'un film, ledit film comprenant une première couche réalisée dans un matériau organique et une deuxième couche comprenant un adhésif, S2 : emballage de la carte électronique dans le film, S4 : mise sous vide de l'ensemble formé par le film et la carte électronique de sorte à faire sortir l'air présent entre le film et la carte électronique et faire adhérer la deuxième couche du film sur la première face et la deuxième face de la carte électronique.

Description

DOMAINE DE L’INVENTION
L’invention concerne le domaine des cartes électroniques, notamment dans les domaines de l’automobile, de l’aéronautique et du spatial, et plus précisément leur protection vis-à-vis de leur environnement.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE
De manière connue en soi, une carte électronique comprend un circuit imprimé (ou PCB de l'anglais printed circuit board) qui forme un support pour maintenir et relier électriquement un ensemble de composants électroniques entre eux dans le but de réaliser un circuit électronique.
Les cartes électroniques sont de plus en plus exposées à l’air extérieur de par une ventilation forcée, la nécessité d’avoir des boîtiers ouverts induits par des puissances dissipées toujours plus importantes et/ou des intégrations nécessitant ce type de boîtier ouvert. Par ailleurs, les composants électroniques ont des pas de plus en plus fins les rendant plus sensibles aux pollutions et à leur environnement.
Afin de protéger les cartes électroniques, il a donc été proposé de pulvériser à pression atmosphérique des solutions de vernis sur les cartes électroniques. Ces vernis ont pour objectif de prévenir contre les risques d’introduction de corps étrangers ou débris (plus connus sous leur terminologie anglosaxonne de Foreign Object Damage ou Foreign Object Debris (FOD)) tels que du sable, de la poussière carbone, etc.) et contre les chocs mécaniques légers. Toutefois, la pulvérisation laisse des « zones mortes » dépourvues de vernis, notamment lorsque la carte électronique comprend des composants montés en surface à hauteur verticale (ou « standoff », qui désigne la hauteur entre la plage de brasage en cuivre et le point bas des terminaisons du composant) importante. II en résulte que les cartes électroniques ainsi obtenues sont protégées contre les chocs, mais pas contre les corps étrangers ni les fluides (notamment contre l’eau sous forme liquide tel qu’un brouillard salin).
II ressort qu’actuellement, seuls des dépôts sous vide, tel que le dépôt d’un film polymère biocompatible du type polyparaxylylène (ou poly(p xylylene), connu sous le nom de Parylene) après évaporation et transformation de son précurseur, ou des enrobages de forte épaisseur, sont capables de protéger les cartes électroniques de ce type de risque.
Certes, la mise sous vide de la carte électronique permet de garantir que le film soit appliqué dans toutes zones de la carte électronique, y compris sous les composants montés en surface. Cependant, cela implique en contrepartie de nécessiter la protection de certains composants électroniques tels que les connecteurs qui, au contraire, ne doivent pas être recouverts. De plus, la complexité et le coût de mise en œuvre des procédés sous vide (type Parylene) le rendent peu attractif et demandent des investissements conséquents.
L’enrobage quant à lui présente comme principal inconvénient d’induire un surpoids sur la carte électronique qui est de moins en moins accepté de par des objectifs de consommation énergétique réduite des produits finaux.
Enfin, le dépôt de Parylene et l’enrobage de carte rendent très difficile la réparation des cartes électroniques et le coût des réparations en devient souvent rédhibitoire.
RESUME DE L’INVENTION
Un objectif de l’invention est donc de proposer une solution simple à mettre en œuvre et peu coûteuse qui soit capable de protéger des cartes électroniques dans un environnement sévère (champs électromagnétiques, décharges électrostatiques, variations thermiques, pics thermiques et/ou environnement vibratoire) contre les risques d’introduction de corps étrangers ou débris (FOD), contre les chocs mécaniques légers et contre la présence de fluides tels que de l’eau liquide ou un brouillard salin, sans pénaliser pour autant la masse des cartes électroniques et tout en simplifiant leur réparation éventuelle.
Pour cela, l’invention propose un procédé de finition d’une carte électronique, ladite carte électronique comprenant une première face portant au moins un composant électronique et une deuxième face opposée à la première face, le procédé comprenant les étapes suivantes :
: fourniture d’un film, ledit film comprenant une première couche réalisée dans un matériau organique et une deuxième couche comprenant un adhésif, : emballage de la carte électronique dans le film,
S4 : mise sous vide de l’ensemble formé par le film et la carte électronique de sorte à faire sortir l’air présent entre le film et la carte électronique et faire adhérer la deuxième couche du film sur la première face et la deuxième face de la carte électronique.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives du procédé décrit ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- la deuxième couche comprend un adhésif thermofusible et le procédé comprend en outre une étape de traitement thermique de l’ensemble, pendant ou après l’étape S4 de mise sous vide.
- la première face et la deuxième face de la carte électronique sont séparées par une tranche et le procédé comprend en outre, après l’étape S4 de mise sous vide, une étape de détourage de la carte électronique afin de retirer les parties du film recouvrant la tranche de la carte électronique.
le procédé comprend en outre, préalablement à l’étape S4 de mise sous vide, une étape de masquage d’au moins un composant électronique, puis après ladite étape S4 de mise sous vide, une étape de découpe locale du film au niveau de l’au moins un composant électronique pour retirer le masquage et former un accès à l’au moins un composant électronique.
- l’étape de masquage comprend le placement d’un morceau de mousse sur l’au moins un composant électronique.
- le procédé comprend en outre, après l’étape de découpe locale du film, un enrobage local du composant électronique pour lequel l’accès a été formé.
Selon un deuxième aspect, l’invention propose également une carte électronique obtenue selon le procédé de finition décrit ci-dessus et comprenant :
- une première face portant au moins un composant électronique et une deuxième face opposée à la première face, et
- un film comprenant une première couche réalisée dans un matériau organique et une deuxième couche comprenant un adhésif, le film épousant les contours de la première face et la deuxième face et la deuxième couche du film adhérant contre la première face et contre la deuxième face.
Certaines caractéristiques préférées mais non limitatives de la carte électronique décrite ci-dessus sont les suivantes, prises individuellement ou en combinaison :
- la deuxième couche du film comprend un adhésif thermofusible ou un adhésif sensible à la pression.
- la deuxième couche du film comprend l’un au moins des matériaux suivants : une colle acrylique, une colle polyuréthane, une colle silicone, une colle epoxy, une colle polyester.
- la première couche du film comprend un matériau thermo-rétractable.
- la première couche du film comprend du polyimide.
- le film est thermocollant.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D’autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et au regard des dessins annexés donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
La figure 1 est une vue partielle simplifiée d’une carte électronique comprenant quatre composants électroniques dont un connecteur après mise sous vide mais avant découpe locale du film.
La figure 2 est une vue partielle simplifiée de la carte électronique de la figure 1, finie.
La figure 3 est un organigramme illustrant les étapes d’un exemple de procédé de finition d’une carte électronique conforme à l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D’UN MODE DE REALISATION
Une carte électronique 1 comprend un circuit imprimé 2 qui forme un support pour maintenir et de relier électriquement un ensemble de composants électroniques 3, 4 entre eux dans le but de réaliser un circuit électronique.
Le circuit imprimé 2 présente une première face 5 équipée d’au moins un composant électronique 3, 4, une deuxième face 6 opposée à la première face 5 qui peut également, le cas échéant, être équipée d’au moins un composant électronique 3, 4 et une tranche reliant la première face 5 et la deuxième face 6.
Un exemple simplifié de carte électronique 1 conforme à un mode de réalisation a été illustré en Figures 1 et 2.
Afin de protéger les cartes électroniques de leur environnement, même sévère, l’invention propose d’envelopper la carte électronique 1 dans un film 10 adhésivé, de mettre sous vide l’ensemble formé par la carte électronique 1 et le film 10 et de faire adhérer le film 10 sur la carte électronique 1 de sorte à supprimer tous les espaces entre la carte électronique 1 et le film 10 dans lesquels des poussières ou des fluides seraient susceptibles de pénétrer.
Pour cela, il est proposé un procédé S de finition d’une carte électronique 1 comprenant les étapes suivantes :
: fourniture d’un film 10, ledit film 10 comprenant une première couche 11 organique et une deuxième couche 12 comprenant un adhésif, : emballage de la carte électronique 1 dans le film 10,
S4 : mise sous vide de l’ensemble formé par le film 10 et la carte électronique 1 de sorte à faire sortir l’air présent entre le film 10 et la carte électronique 1 et faire adhérer la deuxième couche 12 du film 10 sur la première face 5 et la deuxième face 6 de la carte électronique 1.
On comprendra ici que le procédé S est appliqué à la carte électronique 1 une fois celle-ci assemblée, c’est-à-dire après la fixation des composants électroniques 3, 4 sur le circuit imprimé 2 et, le cas échéant, l’application des vernis traditionnels, tels que le vernis épargne.
Par souci de clarté, on désignera par carte électronique 1 finale, la carte électronique 1 obtenue suite à l’application des étapes du procédé S de finition.
La première couche 11 et la deuxième couche 12 du film 10 peuvent être distinctes, c’est-à-dire superposées l’une sur l’autre, ou être en partie mélangées l’une à l’autre. Le cas échéant, le film 10 peut comprendre un plus grand nombre de couches selon les applications visées pour la carte électronique 1 finale.
Le matériau constitutif de la première couche 11 est choisi en fonction de l’environnement auquel la carte électronique 1 est susceptible d’être exposée. De préférence, le matériau constitutif de la première couche 11 est isolante électriquement. De préférence, le matériau choisi ne génère pas de décharges électrostatiques. Optionnellement, le matériau constitutif de la première couche 11 peut être thermiquement conducteur. Par exemple, dans le cas d’un environnement pouvant comprendre des champs électromagnétiques, des charges électrostatiques, des débris ou des fluides, la première couche 11 peut être réalisée en polyimide.
La première couche 11 a pour fonction d’assurer une tenue mécanique du film 10 sur la carte électronique 1 et de la protéger contre l’environnement extérieur. Son épaisseur est donc choisie de sorte à être suffisamment épaisse pour remplir son rôle de protection, tout en étant suffisamment fine pour permettre l’évacuation des calories émises par les composants électroniques 3, 4 de la carte électronique 1. L’épaisseur de la première couche peut donc être comprise entre 25 et 150 micromètres.
La deuxième couche 12 peut comprendre un adhésif thermofusible, un adhésif photosensible ou un adhésif sensible à la pression. On notera que, l’adhésif de la deuxième couche 12 étant protégé par la première couche 11 du film 10, il n’entre pas en contact avec l’environnement extérieur de la carte électronique 1. Il n’est donc pas nécessaire que l’adhésif présente une tenue spécifique vis-à-vis des contaminants externes susceptibles d’être rencontrés par la carte électronique 1 en fonctionnement.
Par exemple, l’adhésif peut comprendre l’un au moins des éléments suivants : une colle acrylique, une colle polyuréthane, une colle silicone, une colle epoxy, une colle polyester.
Par ailleurs, afin d’éviter tout déchirement du film lors de l’étape S4 de mise sous vide, le matériau constitutif et l’épaisseur de la première couche 11 et de la deuxième couche 12 sont choisis de sorte que le film présente une résistance de 5 à 50 N/cm.
Par exemple, dans le cas d’un film 10 comportant une première couche 11 comprenant du polyimide et une deuxième couche 12 comprenant une colle acrylique, l’épaisseur de chaque couche peut être comprise entre 10 micromètres et 75 micromètres.
Dans une variante de réalisation, le film 10 peut être thermocollant. Dans ce cas, le film thermocollant 10 joue à la fois le rôle de la première couche 11 et de deuxième couche 12.
Le film 10 peut être formé d’une seule et unique paroi, qui est repliée sur elle-même de manière à envelopper la carte électronique 1.
En variante, le film 10 peut être en deux parties, chaque partie étant placée contre l’une des faces du circuit imprimé 2 avant l’étape S4 de mise sous vide.
Selon une autre variante, le film 10 peut présenter la forme d’un sachet comprenant un fond, des bords latéraux et une embouchure. Dans ce cas, lors de l’étape S2, la carte est simplement placée dans le sachet par son embouchure de sorte que sa première face 5 et sa deuxième face 6 s’étendent sensiblement parallèlement aux parois du sachet.
Quelle que soit la variante de réalisation, l’ensemble formé par le film 10 dans lequel a été préalablement emballé la carte électronique 1 (étape S2) est ensuite placé dans un dispositif de mise sous vide pouvant appliquer une pression comprise entre 10 et 60 kN/m2 de sorte à permettre l’évacuation de l’air entre le film 10 et la carte électronique 1.
Dans le cas où la deuxième couche 12 comprend un adhésif sensible à la pression, la mise sous vide a en outre pour effet de fixer le film 10 sur la carte électronique 1. Le procédé S de finition est donc simple et rapide.
Dans le cas où la deuxième couche 12 comprend un adhésif thermofusible ou d’un film 10 formé d’un film 10 thermocollant, le procédé S comprend en outre une étape S5 de traitement thermique de la carte électronique 1, pendant ou une fois que l’ensemble formé par le film 10 et la carte électronique 1 est mis sous vide. La mise sous vide permet ainsi d’évacuer l’air entre le film 10 et la carte électronique 1, tandis que le traitement thermique S5 a pour fonction de polymériser l’adhésif de la deuxième couche 12 du film 10 afin de fixer le film 10 dans cette position sur la carte électronique 1 et d’empêcher toute entrée d’air.
Pour cela, l’ensemble formé par le film 10 et la carte électronique 1 peuvent par exemple être placés dans une étuve à une température au moins égale à la température de polymérisation de l’adhésif de la deuxième couche
12. A cet effet, l’ensemble est de préférence fermé hermétiquement avant d’être extrait du dispositif de mise sous vide afin d’éviter tout risque d’introduction d’air entre le film 10 et la carte électronique 1. En variante, le dispositif de mise sous vide utilisé pour mettre en œuvre l’étape S4 peut en outre comprendre des moyens de chauffage capables d’appliquer le traitement thermique S5 à l’ensemble, pendant ou après l’évacuation de l’air.
De préférence, l’adhésif de la deuxième couche 12 est choisi de sorte à présenter une température de polymérisation supérieure à la température d’exposition de la carte électronique 1 finale lors de son utilisation, mais inférieure à une température d’endommagement des composants électroniques 3, 4.
Par exemple, pour une carte électronique 1 susceptible d’être utilisée dans un équipement avionique, la température du traitement thermique est supérieure ou égale à 100°C, typiquement de l’ordre de 125°C. La carte électronique 1 finale ainsi obtenue peut alors être utilisée dans des environnement dont la température est au moins égale à 100°C, et même égale 150°C. En effet, bien qu’à ces températures la deuxième couche 12 est susceptible de ramollir, elle conserve une pégosité suffisante pour maintenir le film 10 en position sur la carte électronique 1 et la protéger de son environnement. Pour une telle carte électronique 1, la deuxième couche 12 peut notamment comprendre une colle acrylique.
L’utilisation d’un adhésif thermofusible permet de faciliter les éventuelles réparations ultérieures de la carte électronique 1, en comparaison avec l’utilisation d’un adhésif sensible à la pression. En effet, il suffit d’appliquer à nouveau un traitement thermique à la carte électronique 1 finale pour permettre la séparation de la carte électronique 1 et du film 10 et donc l’accès aux composants électroniques 3, 4 de la carte électronique 1.
Le cas échéant, lorsqu’un traitement thermique S5 est appliqué à la carte électronique 1, la première couche 11 du film 10 peut comprendre un matériau thermo-rétractable.
Enfin, le procédé S comprend une étape S6 de détourage de la carte électronique 1 afin de retirer les parties du film 10 recouvrant la tranche de la carte électronique 1.
On notera que, le film 10 adhérant à toute la première face 5 et la deuxième face 6 de la carte électronique 1, il n’est pas nécessaire de réaliser un joint d’étanchéité sur la tranche de la carte électronique 1.
Le cas échéant, lorsque la carte électronique 1 comporte des composants électroniques 4 nécessitant un accès externe tel que des connecteurs électriques, le procédé S peut en outre comprendre, préalablement à l’étape S4 de mise sous pression, une étape S3 de masquage de ces composants électronique. Pour cela, chaque composant électronique 4 nécessitant un accès peut par exemple être recouvert par un morceau de mousse 7 dont le contour est adapté pour recouvrir exactement la face du composant électronique 4 qui entrerait en contact avec la deuxième couche 12 du film 10. La mousse 7 forme donc une barrière entre le composant électronique 4 et le film 10 pour empêcher l’adhésion du film 10 sur ce composant électronique 4 (Figure 1). Puis, après l’étape S4 de mise sous vide et, le cas échéant, l’étape S5 de traitement thermique, le film 10 est découpé localement au niveau de la mousse 7 de sorte à retirer la partie du film 10 qui recouvre le composant électronique 4 ainsi que la mousse 7 (Figure 2). La mousse 7 est ensuite évacuée avec la partie découpée du film 10.
Optionnellement, après le retrait de la partie découpée du film 10, tout ou partie des composants électroniques 3 ainsi dégagés peuvent être enrobés localement, par exemple avec une résine d’enrobage comprenant du silicone ou de l’acrylique.
On notera qu’il n’est pas nécessaire de mettre en œuvre le procédé S de finition en salle blanche, ce qui simplifie encore l’obtention de la carte électronique 1 finale.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé (S) de finition d’une carte électronique (1), ladite carte électronique (1) comprenant une première face (5) portant au moins un composant électronique (3, 4) et une deuxième face (6) opposée à la première face (5), le procédé (S) comprenant les étapes suivantes :
    51 : fourniture d’un film (10), ledit film (10) comprenant une première couche (11) réalisée dans un matériau organique et une deuxième couche (12) comprenant un adhésif,
    52 : emballage de la carte électronique (1) dans le film (10),
    S4 : mise sous vide de l’ensemble formé par le film (10) et la carte électronique (1) de sorte à faire sortir l’air présent entre le film (10) et la carte électronique (1) et faire adhérer la deuxième couche (12) du film (10) sur la première face (5) et la deuxième face (6) de la carte électronique (1).
  2. 2. Procédé (S) selon la revendication 1, dans lequel la deuxième couche (12) comprend un adhésif thermofusible et le procédé (S) comprend en outre une étape (S5) de traitement thermique de l’ensemble, pendant ou après l’étape S4 de mise sous vide.
  3. 3. Procédé (S) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel la première face (5) et la deuxième face (6) de la carte électronique (1) sont séparées par une tranche et le procédé (S) comprend en outre, après l’étape S4 de mise sous vide, une étape (S6) de détourage de la carte électronique (1) afin de retirer les parties du film (10) recouvrant la tranche de la carte électronique (1).
  4. 4. Procédé (S) selon l’une des revendications 1 à 3, comprenant en outre, préalablement à l’étape S4 de mise sous vide, une étape (S3) de masquage d’au moins un composant électronique (3, 4), puis après ladite étape S4 de mise sous vide, une étape de découpe locale du film (10) au niveau de l’au moins un composant électronique (3, 4) pour retirer le masquage et former un accès à l’au moins un composant électronique (3, 4).
  5. 5. Procédé (S) selon la revendication 4, dans lequel l’étape (S3) de masquage comprend le placement d’un morceau de mousse (7) sur l’au moins un composant électronique (3, 4).
  6. 6. Procédé (S) selon l’une des revendications 4 ou 5, comprenant en outre, après l’étape de découpe locale du film (10), un enrobage local du composant électronique (3, 4) pour lequel l’accès a été formé.
  7. 7. Carte électronique (1 ) obtenue selon un procédé (S) de finition selon l’une des revendications 1 à 6 et comprenant :
    - une première face (5) portant au moins un composant électronique (3,
    4) et une deuxième face (6) opposée à la première face (5), et
    - un film (10) comprenant une première couche (11) réalisée dans un matériau organique et une deuxième couche (12) comprenant un adhésif, le film (10) épousant les contours de la première face (5) et la deuxième face (6) et la deuxième couche (12) du film (10) adhérant contre la première face (5) et contre la deuxième face (6).
  8. 8. Carte électronique (1) selon la revendication 7, dans laquelle la deuxième couche (12) du film (10) comprend un adhésif thermofusible ou un adhésif sensible à la pression.
  9. 9. Carte électronique (1) selon la revendication 8, dans lequel la deuxième couche (12) du film (10) comprend l’un au moins des matériaux suivants : une colle acrylique, une colle polyuréthane, une colle silicone, une colle epoxy, une colle polyester.
  10. 10. Carte électronique (1) selon l’une des revendications 7 à 9, dans laquelle la première couche (
  11. 11) du film (10) comprend un matériau thermorétractable.
    5 11. Carte électronique (1 ) selon l’une des revendications 7 à 10, dans laquelle la première couche (11) du film (10) comprend du polyimide.
  12. 12. Carte électronique (1 ) selon la revendication 7, dans laquelle le film (10) est thermocollant.
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