FR2987495A1

FR2987495A1 - Method for producing sealed channels in printed circuit board for circulating fluid to electronic component, involves combining subset and layer while putting metals in contact, and brazing subset and layer to form another subset

Info

Publication number: FR2987495A1
Application number: FR1200527A
Authority: FR
Inventors: Bernard Ledain
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-08-30
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: FR2987495B1

Abstract

The method involves assembling a metal plate (PM) and a layer (CM1) comprising a dielectric material to form a subset (SE1a), and covering a freely face of the layer by a metallization layer (Cm). The covered face is machined with the subset by metal (A). A face of another layer including a second dielectric material is covered by another metal. The subset and the latter layer are combined while putting the metals in contact. The subset and the latter layer are brazed to form another subset by thermo diffusion of the metals.

Description

Canaux de circulation d'un fluide dans une carte imprimée à structure multicouche L'invention concerne le domaine des cartes imprimées, et notamment l'évacuation de la chaleur dissipée par les composants électroniques. Aujourd'hui, le refroidissement d'un composant dissipant de l'énergie thermique se fait généralement soit par le haut du composant en associant un radiateur et/ou un dispositif d'évacuation de l'énergie thermique dissipée soit à travers un circuit d'interconnexions. FIELD OF THE INVENTION The invention relates to the field of printed cards, and in particular to the evacuation of the heat dissipated by the electronic components. Today, the cooling of a dissipating component of the thermal energy is generally done either by the top of the component by combining a radiator and / or a device for evacuating the dissipated thermal energy or through a circuit of interconnections.

Le document FR 1004934 est une demande de brevet français. Il décrit un système de refroidissement d'un équipement électronique comprenant un compartiment électronique formé d'un boîtier et au moins une carte électronique. La carte est destinée à être assemblée de façon démontable dans le boîtier par translation le long d'une rainure pour atteindre une position de fonctionnement, l'assemblage de la carte se faisant par une face d'insertion du boîtier. Selon ce document, l'équipement comprend un drain thermique de forme longiligne disposé le long de la rainure, permettant de prélever de la chaleur émise par les composants, et des moyens d'extraction de la chaleur prélevée par le drain thermique, les moyens d'extraction étant situés à l'extérieur du compartiment électronique. Un inconvénient du mode de réalisation proposé par le document FR1004934 est que les drains sont des conducteurs thermiques mais également des conducteurs électriques ce qui nécessite des procédés spéciaux pour éviter les courts-circuits dans les cartes imprimées, et diminue les capacités de connexions des cartes. Un but de l'invention est d'élaborer des cartes imprimées comprenant des conduits de circulation de fluide au plus près des composants sans diminuer les capacités d'interconnexions. Selon un aspect de l'invention, il est proposé un procédé de réalisation 30 d'une carte imprimée à structure multicouche comprenant au moins un canal pour une circulation d'un fluide. Le procédé comprend les étapes dans lesquelles : on assemble une plaque métallique et une première couche comprenant un premier matériau diélectrique pour former un premier sous-ensemble et on recouvre la face libre de la première couche par une couche de métallisation, on usine la première couche afin de créer au moins un canal, on recouvre la face usinée de la première couche du premier sous-ensemble par un premier métal, constitutif d'un premier alliage binaire, - on recouvre une face d'une seconde couche métallisée, et comprenant un deuxième matériau diélectrique, par un deuxième métal, constitutif du premier alliage binaire, on empile le premier sous-ensemble et la deuxième couche en mettant en contact le premier et le deuxième métal constitutif du premier alliage, on brase le premier sous-ensemble et la deuxième couche pour former un deuxième sous-ensemble par thermodiffusion du premier métal et du deuxième métal. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs, et illustrés par les 20 dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente les étapes du procédé de réalisation de canaux hermétiques, selon un aspect de l'invention, - la figure 2a représente une coupe transverse, après une première étape d'élaboration, d'une carte imprimée à structure 25 multicouche comprenant un canal hermétique à proximité d'une ligne à air de transmission, selon un aspect de l'invention, - la figure 2b représente une coupe transverse, après une deuxième étape d'élaboration, d'une carte imprimée à structure multicouche comprenant un canal hermétique à proximité d'une 30 ligne à air de transmission, selon un aspect de l'invention, et la figure 2c représente une coupe transverse, après une troisième étape d'élaboration, d'une carte imprimée à structure multicouche comprenant un canal hermétique à proximité d'une ligne à air de transmission, selon un aspect de l'invention. La figure 1 illustre le procédé de réalisation de l'invention, selon un aspect de l'invention. The document FR 1004934 is a French patent application. It describes a cooling system of electronic equipment comprising an electronic compartment formed of a housing and at least one electronic card. The card is intended to be removably assembled in the housing by translation along a groove to reach an operating position, the assembly of the card being made by an insertion face of the housing. According to this document, the equipment comprises an elongated heat sink disposed along the groove, for taking up heat emitted by the components, and means for extracting the heat taken by the heat sink, the heating means. extraction being located outside the electronic compartment. A disadvantage of the embodiment proposed by the document FR1004934 is that the drains are thermal conductors but also electrical conductors which requires special methods to avoid short circuits in the printed circuit boards, and decreases the capacities of connections of the cards. An object of the invention is to develop printed circuit boards comprising fluid circulation ducts closer to the components without reducing the interconnection capacities. According to one aspect of the invention, there is provided a method of producing a printed circuit board having a multilayer structure comprising at least one channel for circulating a fluid. The method comprises the steps of: assembling a metal plate and a first layer comprising a first dielectric material to form a first subassembly and covering the free face of the first layer with a metallization layer, the first layer is machined in order to create at least one channel, the machined face of the first layer of the first subassembly is covered with a first metal, constituting a first binary alloy, - one side is covered with a second metallized layer, and comprising a second dielectric material, by a second metal constituting the first binary alloy, the first subset and the second layer are stacked by contacting the first metal and the second constituent metal of the first alloy, the first subassembly and the first second layer to form a second subset by thermodiffusion of the first metal and the second metal. The invention will be better understood from the study of some embodiments described by way of non-limiting examples, and illustrated by the appended drawings in which: FIG. 1 represents the steps of the method for producing hermetic channels, according to In one aspect of the invention, FIG. 2a shows a transverse section, after a first production step, of a multi-layer printed circuit board comprising a sealed channel in the vicinity of a transmission air line, according to a In another aspect of the invention, FIG. 2b shows a transverse section, after a second production step, of a multi-layer printed circuit board comprising a hermetic channel in the vicinity of a transmission air line, according to one aspect. of the invention, and FIG. 2c shows a transverse section, after a third production step, of a printed circuit board with a multilayer structure comprising a hermetically sealed channel. proximity of a transmission air line, according to one aspect of the invention. Figure 1 illustrates the method of embodiment of the invention, according to one aspect of the invention.

Une étape 10 comprend un assemblage d'une plaque métallique PM et d'une première couche CM1, comprenant un premier matériau diélectrique M1 pour former un premier sous-ensemble SE1a. La plaque métallique PM comprend préférentiellement une plaque de cuivre, typiquement d'une épaisseur de 500 pm. La première couche CM1 peut, par exemple, comprendre du « RO 4003 » (marque déposée). L'assemblage peut être réalisé par collage à partir d'un film de collage Fcol ou par toute autre méthode permettant l'assemblage d'une couche métallique et d'un matériau diélectrique. Une étape 20 comprend un usinage de la première couche CM1 du 15 premier sous-ensemble SE1a afin de former des canaux CH. Les canaux CH peuvent être usinés à proximité ou sous des composants électroniques à refroidir. L'usinage peut être réalisé, soit mécaniquement soit par rayonnement laser ou encore en combinant les deux, jusqu'à la profondeur souhaitée. 20 Une étape 30 comprend le dépôt d'une couche d'un premier métal A, constitutif d'un premier alliage AxBy, sur la face usinée de la première couche CM1 du premier sous-ensemble SE1a. Les parois des canaux CH sont recouvertes par le premier métal A, rendant les parois du canal CH hermétiques. Eventuellement, les parois des 25 cavités peuvent être recouvertes d'un métal différent du premier métal A. Une étape 40 comprend le dépôt d'une couche d'un deuxième métal B, constitutif du premier alliage AxBy, sur une face d'une deuxième couche CM2 comprenant un matériau M2 diélectrique. La couche CM2 peut être composée de « Kapton » (marque déposée) ou de polymères à cristaux 30 liquides (LCP), l'épaisseur de la deuxième couche CM2 est typiquement de 50 pm. Avantageusement, le premier et deuxième métal A et B du premier l'alliage AxBy comprennent de l'argent et de l'étain, de l'indium et de l'étain ou de l'or et de l'étain. Ce type d'alliage se forme par thermodiffusion à une température T, typiquement de 235°C, nettement supérieure à la température de fusion des éléments constitutifs de l'alliage. Une étape 50 comprend l'empilement d'un premier sous-ensemble 5 SE1a et de la deuxième couche CM2. Le premier métal A et le deuxième métal B étant mis en contact. Une étape 60 comprend une brasure, par thermodiffusion, par chauffage de l'empilement jusqu'à la température T sous une presse. La figure 2a représente une coupe transverse d'une carte imprimée 10 comprenant un canal hermétique CH à proximité d'une cavité CL destinée à contenir un composant électronique L après la première étape. Une plaque métallique PM est assemblée à une première couche CM1 métallisée, par exemple au moyen d'une couche de cuivre Cm, comprenant un matériau M1 diélectrique pour former un sous-ensemble 15 SE1a. Avantageusement, le matériau M1 peut être du « RO 4003 ». La plaque PM est préférentiellement du cuivre d'une épaisseur de 500 pm. L'assemblage de la plaque métallique PM et de la première couche CM1 peut être réalisé par collage à partir d'un film de collage Fcol ou par tout 20 autre moyen permettant d'assembler une couche comprenant un matériau diélectrique et une plaque métallique PM. La face métallisée de la première couche CM1 est usinée afin de créer un canal CH de manière mécanique ou par rayonnement laser. Souvent, l'usinage utilise les deux méthodes. 25 Le canal CH peut être usiné à proximité d'une cavité CL destinée à contenir un composant électronique L à refroidir, selon l'exemple choisi mais nullement limitatif. La face métallisée et usinée de la première couche CM1 est recouverte du premier métal A, constitutif du premier alliage AxBy. 30 Les parois du canal sont recouvertes de ce même premier métal A ce qui permet de les rendre hermétiques. Toutefois, il est possible de recouvrir les parois du canal CH formées d'un autre métal. A step 10 comprises an assembly of a metal plate PM and a first layer CM1, comprising a first dielectric material M1 to form a first subset SE1a. The PM metal plate preferably comprises a copper plate, typically of a thickness of 500 μm. The first layer CM1 may, for example, comprise "RO 4003" (registered trademark). The assembly can be made by bonding from a Fcol bonding film or by any other method allowing the assembly of a metal layer and a dielectric material. A step 20 includes machining first layer CM1 of first subset SE1a to form CH channels. The CH channels can be machined near or under electronic components to be cooled. The machining can be performed either mechanically or by laser radiation or by combining the two, to the desired depth. A step 30 comprises depositing a layer of a first metal A, constituting a first alloy AxBy, on the machined face of the first layer CM1 of the first subset SE1a. The walls of the CH channels are covered by the first metal A, making the CH channel walls airtight. Optionally, the walls of the cavities may be covered with a metal different from the first metal A. A step 40 comprises depositing a layer of a second metal B constituting the first alloy AxBy on one side of a second metal. CM2 layer comprising a dielectric M2 material. The CM2 layer may be composed of "Kapton" (registered trademark) or liquid crystal polymers (LCP), the thickness of the second CM2 layer is typically 50 μm. Advantageously, the first and second metal A and B of the first alloy AxBy comprise silver and tin, indium and tin or gold and tin. This type of alloy is formed by thermodiffusion at a temperature T, typically 235 ° C, significantly higher than the melting temperature of the constituent elements of the alloy. A step 50 comprises stacking a first subset 5 SE1a and the second layer CM2. The first metal A and the second metal B being brought into contact. A step 60 comprises a solder, by thermodiffusion, by heating the stack to the temperature T under a press. Figure 2a shows a cross-section of a printed circuit board 10 including a sealed channel CH near a cavity CL for containing an electronic component L after the first step. A metal plate PM is joined to a first metallized layer CM1, for example by means of a copper layer Cm, comprising a dielectric material M1 to form a subset SE1a. Advantageously, the material M1 may be "RO 4003". The PM plate is preferably copper with a thickness of 500 .mu.m. The assembly of the PM metal plate and the first CM1 layer can be achieved by gluing from a Fcol bonding film or by any other means to assemble a layer comprising a dielectric material and a metal plate PM. The metallized face of the first CM1 layer is machined to create a CH channel mechanically or by laser radiation. Often, machining uses both methods. The CH channel may be machined near a cavity CL intended to contain an electronic component L to be cooled, according to the example chosen but not limiting. The metallized and machined face of the first layer CM1 is covered with the first metal A constituting the first alloy AxBy. The walls of the channel are covered with this same first metal A which makes them hermetic. However, it is possible to cover the walls of the channel CH formed of another metal.

Dans une variante de l'invention, les parois du canal ne sont pas recouvertes d'une couche métallique. Le canal CH sert alors à l'insertion d'un conduit. La figure 2b représente une coupe transverse de la carte imprimée 5 comprenant un canal hermétique CH et composant électronique L après une deuxième étape d'élaboration. Une deuxième couche CM2 métallisée comprenant un matériau M2 diélectrique et supportant un composant électronique L est recouverte du deuxième métal B, constitutif du premier alliage AxBy. 10 Préférentiellement, la deuxième couche CM2 peut être composée de « Kapton » (marque déposée) ou de polymères à cristaux liquides. Typiquement, l'épaisseur de la seconde couche CM2 est de 50 pm. Le premier sous-ensemble SE1 a et la deuxième couche CM2 sont empilés de manière à mettre en contact le premier et le deuxième métal A et 15 B du premier alliage AxBy. Le sous-ensemble SE1 a est brasé à la deuxième couche CM2, pour former un deuxième sous-ensemble SE2, par chauffage sous presse de l'ensemble jusqu'à une température T de formation de l'alliage. Avantageusement, le premier et le deuxième métal A et B du premier 20 alliage AxBy comprennent de l'argent et de l'étain, de l'indium et de l'étain ou de l'or et de l'étain. Ce type d'alliage se forme par thermodiffusion à une température T, typiquement de 235°C, nettement supérieure à la température de fusion des éléments constitutifs de l'alliage. La figure 2c représente une coupe transverse de la carte imprimée 25 comprenant un canal hermétique CH à proximité du composant électronique L après une troisième étape d'élaboration. La deuxième couche CM2 est usinée en vis-à-vis du canal formé dans le sous-ensemble SEla. Les faces de la deuxième couche CM2, apparues suite à l'usinage de 30 la deuxième couche CM2, sont métallisées afin de garantir l'herméticité du canal CH. In a variant of the invention, the walls of the channel are not covered with a metal layer. The CH channel is then used for the insertion of a conduit. FIG. 2b represents a transverse section of the printed circuit board 5 comprising a hermetic channel CH and electronic component L after a second production step. A second metallized layer CM2 comprising a dielectric material M2 and supporting an electronic component L is covered with the second metal B constituting the first alloy AxBy. Preferentially, the second CM2 layer may be composed of "Kapton" (registered trademark) or liquid crystal polymers. Typically, the thickness of the second CM2 layer is 50 μm. The first subassembly SE1 a and the second layer CM2 are stacked so as to bring into contact the first and second metal A and B of the first alloy AxBy. Subassembly SE1a is brazed to the second layer CM2, to form a second subset SE2, by press heating the assembly to a formation temperature T of the alloy. Advantageously, the first and second metal A and B of the first AxBy alloy comprise silver and tin, indium and tin, or gold and tin. This type of alloy is formed by thermodiffusion at a temperature T, typically 235 ° C, significantly higher than the melting temperature of the constituent elements of the alloy. FIG. 2c represents a transverse section of the printed circuit board 25 comprising a hermetic channel CH near the electronic component L after a third production step. The second CM2 layer is machined vis-à-vis the channel formed in the subset SEla. The faces of the second layer CM2, which appear as a result of the machining of the second layer CM2, are metallized in order to guarantee the hermeticity of the CH channel.

La deuxième couche CM2 du deuxième sous-ensemble SE2 est recouverte d'une couche d'un troisième métal C, constitutif d'un deuxième alliage CiDj. Un deuxième premier sous-ensemble SE1b recouvert d'une couche d'un quatrième métal D, constitutif du deuxième alliage CiDj, et le deuxième sous-ensemble SE2 sont brasés, par chauffage sous presse de l'ensemble jusqu'à une température T de formation du deuxième alliage CiDj. Avantageusement, le troisième et le quatrième métal C et D du deuxième alliage CiDj comprennent de l'argent et de l'étain, de l'indium et de l'étain ou de l'or et de l'étain. Ce type d'alliage se forme par thermodiffusion à une température T, typiquement de 235°C, nettement supérieure à la température de fusion des éléments constitutifs de l'alliage. Une carte imprimée réalisée selon cet aspect de l'invention comprend un canal hermétique de circulation de fluide caloporteur, par exemple, au plus près d'un composant électronique L à refroidir ce qui ne limite pas les capacités d'interconnexions de la carte imprimée. Les composants à refroidir sont brasés ou collés sur l'une des couches CM1 ou CM2. La carte imprimée selon un aspect de l'invention permet une circulation d'air, par exemple, sous le composant électronique à refroidir et une circulation d'un fluide liquide à côté du composant électronique à refroidir. The second layer CM2 of the second subset SE2 is covered with a layer of a third metal C constituting a second alloy CiDj. A second first subassembly SE1b covered with a layer of a fourth metal D constituting the second alloy CiDj, and the second subassembly SE2 are brazed, by heating the assembly in press to a temperature T of forming the second alloy CiDj. Advantageously, the third and fourth metal C and D of the second alloy CiDj comprise silver and tin, indium and tin or gold and tin. This type of alloy is formed by thermodiffusion at a temperature T, typically 235 ° C, significantly higher than the melting temperature of the constituent elements of the alloy. A printed circuit board made according to this aspect of the invention comprises a hermetic channel for circulating heat transfer fluid, for example, as close as possible to an electronic component L to be cooled, which does not limit the interconnection capacities of the printed circuit board. The components to be cooled are brazed or glued on one of the CM1 or CM2 layers. The printed circuit board according to one aspect of the invention allows a circulation of air, for example, under the electronic component to be cooled and a circulation of a liquid fluid next to the electronic component to be cooled.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of producing a printed circuit board with a multilayer structure comprising at least one channel for circulation of a fluid characterized in that it comprises the following steps: a metal plate (PM) and a first layer (CM1) comprising a first dielectric material (M1) to form a first subassembly (SE1a) and covering the free face of the first layer (CM1) with a metallization layer (Cm), the first layer (CM1) is machined to create the less than one channel (CH), the machined face of the first layer (CM1) of the first subassembly (SE1a) is covered with a first metal (A), constituting a first binary alloy (AxBy), and covering a in front of a second metallized layer (CM2), comprising a second dielectric material (M2), a second metal (B) constituting the first binary alloy (AxBy), the first subassembly (SE1a) is stacked and the second layer (CM2) by contacting the first and second the second metal (A, B) constituting the first binary alloy (AxBy), the first subset (SE1a) and the second layer (CM2) are etched to form a second subset (SE2) by thermodiffusion of the first metal (A) and the second metal (B),

2. Method according to claim 1, characterized in that it comprises, in addition, the following steps: the second layer (CM2) of the second subassembly (SE2) is machined with respect to the channels formed by the machining the first layer (CM1) of the first subassembly (SE1a), - metallizing the faces that appear after the machining of the second layer (CM2) of the second subassembly (SE2).

3. Method according to claim 2 characterized in that it further comprises the steps of: covering a first layer (CM1) of a second first subset (SE1b) of a third metal (C), constituting a second binary alloy (CiDj), covering the other side of the second layer (CM2) of the second subset (SE2) of a fourth metal (D) constituting a second binary alloy (CiDj ), the second subset (SE2) and the second first subset (SE1b) are stacked by contacting the third metal (C) and the fourth metal (D), the second subset (SE2) is etched and the second first subset (SE1b), by thermodiffusion of the third metal (C) and the fourth metal (D).

4. The process of claim 3 wherein the third metal (C) comprises the first metal (A).

The method of claim 3 wherein the fourth metal (D) comprises the second metal (B).