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FR3134679A1 - Procédé de fabrication de modules électroniques imbriqués par fabrication additive - Google Patents

Procédé de fabrication de modules électroniques imbriqués par fabrication additive Download PDF

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FR3134679A1
FR3134679A1 FR2203403A FR2203403A FR3134679A1 FR 3134679 A1 FR3134679 A1 FR 3134679A1 FR 2203403 A FR2203403 A FR 2203403A FR 2203403 A FR2203403 A FR 2203403A FR 3134679 A1 FR3134679 A1 FR 3134679A1
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cards
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FR2203403A
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Inventor
Alexandre VERHAEGHE
Sabri Janfaoui
Didier Pohl
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Safran SA
Original Assignee
Safran SA
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Publication date
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Priority to PCT/FR2023/050527 priority patent/WO2023198992A1/fr
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Abstract

Procédé de fabrication de modules électroniques imbriqués par fabrication additive Procédé de fabrication d’un circuit électronique (400) comprenant : la fabrication additive d’une première carte électronique (410) comprenant au moins sur une première face (4101) un connecteur conducteur électrique (411, 412) et un composant électronique (451) et la fabrication additive d’une deuxième carte électronique (420) comprenant au moins sur une première face (4201) un connecteur conducteur électrique (421, 422) et une cavité (442), etla superposition des première et deuxième cartes électroniques de manière à ce que la première face (4101) de la première carte (410) soit en vis-à-vis de la première face (4201) de la deuxième carte (420), que le connecteur conducteur électrique (411, 412) de la première carte (410) soit en contact électrique avec le connecteur conducteur électrique (421, 422) de la deuxième carte (420) et que le composant électronique (451) de la première carte (410) soit placé dans la cavité (442) de la deuxième carte (420). Figure pour l’abrégé : Fig. 4

Description

Procédé de fabrication de modules électroniques imbriqués par fabrication additive
La présente invention se rapporte au domaine général de la fabrication par impression additive de circuits électroniques, et plus particulièrement à la fabrication additive de cartes électroniques élémentaires et de modules électroniques imbriqués.
De plus en plus de cartes électroniques sont fabriquées par des procédés de fabrication additive, afin d’obtenir des circuits de différentes formes, des circuits flexibles, et/ou des circuits portables. Cependant, les épaisseurs de cartes sont limitées par ces procédés à quelques millimètres (3 mm).
Ainsi, pour contourner cette limitation d’épaisseur et pour réduire l’encombrement des cartes électroniques afin de répondre aux besoins d’électronique intégrée, les cartes peuvent être empilées les unes sur les autres. Des connecteurs de type barrette sont soudés entre les cartes pour connecter électriquement les cartes entre elles afin de partager une alimentation électrique et/ou transmettre des signaux numériques ou analogiques entre elles. Néanmoins, ce type de connecteur est généralement encombrant et ajoute une masse supplémentaire sur les cartes électroniques.
Par ailleurs, ces connecteurs sont des composants traversant soudés à la carte, qui sont généralement placés en périphérie des cartes. Cela implique de router les pistes en conséquence, et ce surplus de routage diminue la capacité d’intégration des cartes, et peut également être nuisible aux performances électriques des cartes, en créant des chutes de tension, des résistances série, des capacités parasites, des inductances parasites et/ou des perturbations électromagnétiques.
Le brevet US 10 575 408 propose une alternative à l’utilisation de ces connecteurs traversant, qui consiste à connecter deux cartes électroniques entre elles en mettant en contact leurs pistes conductrices. Pour cela, les cartes comprennent chacune une empreinte pouvant s’emboiter avec l’empreinte d’une autre carte placée en vis-à-vis et permettant ainsi d’assurer la mise en regard et le contact entre les pistes conductrices des deux cartes.
Néanmoins, la solution proposée dans le brevet US 10 575 408 ne permet pas le maintien mécanique entre les cartes. Ce maintien mécanique est assuré à travers une pièce tierce : une sorte d’anneau ou de bague, ce qui rajoute de l’encombrement et de la masse à l’ensemble. De plus, le contact électrique entre les deux cartes électroniques est situé en extrémité de carte. Cela rajoute des contraintes sur le routage, et éventuellement des éléments parasites sur les signaux électriques.
Il est donc souhaitable de disposer d’un procédé de fabrication d’un circuit électronique permettant d’obtenir un circuit électronique peu encombrant et léger afin d’améliorer la capacité d’intégration du circuit dans des espaces restreints.
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un circuit électronique comprenant :
  • la fabrication additive d’une première carte électronique comprenant au moins sur une première face un connecteur conducteur électrique et un composant électronique et la fabrication additive d’une deuxième carte électronique comprenant au moins sur une première face un connecteur conducteur électrique et une cavité, et
  • la superposition des première et deuxième cartes électroniques de manière à ce que la première face de la première carte soit en vis-à-vis de la première face de la deuxième carte, que le connecteur conducteur électrique de la première carte soit en contact électrique avec le connecteur conducteur électrique de la deuxième carte, et que le composant électronique de la première carte soit placé dans la cavité de la deuxième carte.
Grâce à l’invention, il est possible de contourner la limitation d’épaisseur de carte en superposant au moins deux cartes électroniques l’une sur l’autre et en les connectant électriquement par leurs connecteurs fabriqués de manière additive.
De plus, pour connecter les cartes superposées entre elles, les connecteurs classiques de type barrette, broches, ou câbles électriques sont remplacés par des connecteurs fabriqués de manière additive qui forment des points de connexion localisés au plus proche du besoin pour optimiser l’interconnexion entre les cartes. Ces nouveaux connecteurs permettent de diminuer l’encombrement et la masse du circuit électronique formé par la superposition des deux cartes, et de limiter le nombre de pistes conductrices sur les cartes dédiées au routage de signaux.
La cavité présente sur la première carte permet d’enfouir le composant électronique, pour optimiser et intégrer au mieux le composant sur le circuit électronique.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la fabrication additive desdits connecteurs conducteurs électriques des première et deuxième cartes est choisie parmi une impression par jet d’encre, une impression par dépôt de fil fondu ou une impression par fusion laser sur lit de poudre.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, lesdits connecteurs conducteurs électriques des première et deuxième cartes sont fabriqués à partir d’une encre conductrice comprenant des nanoparticules d’argent et le composant électronique de la première carte est soudé à la première carte par ladite encre conductrice.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, les première et deuxième cartes électroniques comprennent des parties non-conductrices réalisées en une résine photosensible.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, lesdits connecteurs conducteurs électriques sont de forme conique ou trapézoïdale.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, lesdits connecteurs conducteurs électriques sont de type mono-signal. Cela permet de placer les connecteurs de manière optimisée, c’est-à-dire en fonction du placement entre les composants présents sur les cartes, sans avoir à rassembler tous les signaux dans un seul connecteur.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, lesdits connecteurs conducteurs électriques sont de type multi-signaux. Cela permet de transmettre au moins deux signaux, par exemple un signal d’antenne et un signal blindé et de limiter le nombre de connecteurs sur les cartes.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le connecteur conducteur électrique de la première carte est de type mâle et le connecteur conducteur électrique de la deuxième carte est de type femelle de forme complémentaire du connecteur de type mâle de la première carte.
Cela permet de garantir un bon contact électrique entre les conducteurs des première et deuxième cartes.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, la deuxième carte comprend également sur une deuxième face au moins un composant électronique et un connecteur conducteur électrique et le procédé comprend la fabrication additive d’une troisième carte électronique comprenant au moins sur une première face un connecteur conducteur électrique et une cavité, et la superposition de la troisième carte sur la deuxième carte de manière à ce que la première face de la troisième carte soit en vis-à-vis de la deuxième face de la deuxième carte, que le connecteur conducteur électrique de la troisième carte soit en contact électrique avec le connecteur conducteur électrique de la deuxième face de la deuxième carte et que le composant électronique de la deuxième carte soit placé dans la cavité de la troisième carte.
Cela permet d’empiler plusieurs cartes électroniques entre elles pour former un seul circuit électronique pouvant avoir une épaisseur supérieure à 3 mm. De plus, comme pour la superposition de deux cartes, les câbles de connexion sont réduits, voire supprimés et remplacés par les connecteurs conducteurs électriques, ce qui permet de réduire la masse du circuit et d’optimiser le placement des connecteurs et des composants sur chaque carte.
Selon une autre caractéristique particulière de l’invention, le procédé comprend en outre la mise sous presse des cartes électroniques superposées.
La mise sous presse permet d’assurer la liaison mécanique des cartes entre elles et d’assurer la cohésion électrique.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif.
La représente, de manière schématique et partielle, un procédé de fabrication d’un circuit électronique selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente, de manière schématique, des connecteurs conducteurs électriques d’un circuit électronique fabriqué selon un mode de réalisation de l’invention.
La représente, de manière schématique et partielle, des connecteurs conducteurs électriques d’un circuit électronique fabriqué selon un autre mode de réalisation de l’invention.
La représente, de manière schématique et partielle, un circuit électronique réalisé selon un mode de réalisation de l’invention.
Dans toute la description, pour des raisons de clarté, un connecteur conducteur électrique est appelé un connecteur.
La représente, de manière schématique et partielle, un procédé 100 de fabrication d’un circuit électronique selon un mode de réalisation de l’invention.
Le procédé 100 comprend d’abord la fabrication additive 110 de cartes électroniques. Lors de la fabrication additive des cartes, on fabrique également les connecteurs conducteurs électriques présents sur une première face de chaque carte. Lors de la fabrication, on place également un composant électronique sur la première face d’une des cartes qui est soudé à la carte lors de la fabrication additive et on réalise également une cavité sur la première face de l’autre carte.
Les cartes et les connecteurs sont par exemple fabriqués par une impression par jet d’encre, une impression par dépôt de fil fondu ou encore une impression par fusion laser sur lit de poudre. Les parties conductrices des cartes, comme les connecteurs et/ou les pistes conductrices, peuvent être réalisées à partir d’une encre conductrice, par exemple une encre à base d’argent, de cuivre ou encore de platine, par exemple une encre comprenant des nanoparticules métalliques, par exemple des nanoparticules d’argent. L’encre conductrice peut être frittée, après avoir été déposée sur le support de fabrication des cartes, à l’aide par exemple d’une lampe infrarouge, pour fritter les nanoparticules métalliques formant les pistes conductrices et les connecteurs afin d’avoir une bonne conductivité électrique. La soudure du composant électronique est réalisée avec une encre conductrice telle que décrite précédemment.
Le corps des cartes, notamment les parties non-conductrices, est par exemple fabriqué à partir d’une encre diélectrique sous forme de résine photosensible qui polymérise aux rayons UV.
Puis, les cartes sont superposées les unes sur les autres de manière à ce que leurs premières faces soient en vis-à-vis, leurs connecteurs en contact électrique et le composant de la première carte soit placé dans la cavité de l’autre carte (étape 120). L’étape de superposition 120 des cartes peut également inclure l’emboîtement des différents connecteurs entre eux, notamment si les connecteurs sont de type mâle/femelle et/ou s’ils ont des formes complémentaires.
Enfin, on peut mettre sous presse les cartes empilées afin d’assurer une cohésion mécanique et/ou électrique entre les cartes (étape 130).
La représente, de manière schématique et partielle, un circuit électronique 200 formé par deux cartes électroniques 210 et 220 fabriquées selon le procédé de l’invention. La carte électronique 210 comprend ainsi des connecteurs 211, 212 fabriqués de manière additive et présents sur une de ses faces, dite première face 215 de la carte 210, et la carte 220 comprend des connecteurs 221, 222 fabriqués de manière additive et présents sur une de ses faces, dite première face 225 de la carte 220.
Les cartes 210 et 220 sont superposées l’une sur l’autre, de manière à ce que les connecteurs 211, 212 de la carte 210 soient en vis-à-vis et en contact électrique avec les connecteurs 221, 222 de la carte 220. De plus, afin de diminuer l’encombrement du circuit 200 formé par les deux cartes 210 et 220, les connecteurs 211, 212, 221, 222 des deux cartes sont de forme complémentaire de manière à pouvoir s’emboîter les uns dans les autres. Plus particulièrement, dans cet exemple de réalisation, le connecteur 211 de la carte 210 est de forme trapézoïdale de type mâle et le connecteur 221 de la carte 220 est de forme trapézoïdale de type femelle et complémentaire du connecteur 211 de manière à ce que les connecteurs 211 et 221 s’emboîtent ensemble. Le connecteur 212 de la carte 210 est de forme conique de type mâle et le connecteur 222 de la carte 220 est de forme conique de type femelle et complémentaire du connecteur 212 de manière à ce que les connecteurs 212 et 222 s’emboîtent ensemble. Dans cet exemple de réalisation, les connecteurs des cartes 210 et 220 sont de type mono-signal.
La représente, de manière schématique et partielle, un circuit électronique 300 formé par deux cartes électroniques 310 et 320 fabriquées selon le procédé de l’invention. La carte électronique 310 comprend ainsi un connecteur 311 fabriqué de manière additive et présent sur une de ses faces, dite première face 315 de la carte 310, et la carte 320 comprend un connecteur 321 fabriqué de manière additive et présent sur une de ses faces, dite première face 325 de la carte 320.
Les cartes 310 et 320 sont superposées l’une sur l’autre, de manière à ce que les connecteurs 311 et 321 soient en vis-à-vis et en contact électrique.
Dans cet exemple de réalisation, les connecteurs 311 et 321 sont de type multi-signaux. De plus, afin de réduire l’encombrement du circuit 300 formé par les deux cartes 310 et 320, les connecteurs sont de forme complémentaire et s’emboîtent l’un dans l’autre, plus particulièrement le connecteur 311 est de type mâle et le connecteur 321 est de type femelle de forme complémentaire du connecteur 311.
La représente, de manière schématique et partielle, un circuit électronique réalisé selon un mode de réalisation de l’invention.
Le circuit 400 comprend trois cartes électroniques 410, 420, 430.
La première carte 410 comprend des composants électroniques 451 et des connecteurs conducteurs électriques 411 et 412 placés sur sa première face 4101. La deuxième carte 420 comprend sur sa première face 4201 des cavités 442 en regard des composants 451 de la première carte 410 et des connecteurs conducteurs électriques 421, 422 en regard des connecteurs 411, 412 de la première carte 410.
Sur sa deuxième face 4202, la deuxième carte 420 comprend des composants électroniques 452 et des connecteurs conducteurs électriques 423. La troisième carte 430 comprend sur sa première face 4301 des cavités 443 en regard des composants 4542 de la deuxième carte 420 et des connecteurs conducteurs électriques 433.
Ainsi, en superposant ces trois cartes 410, 420, 430, les composants des première et deuxième cartes 410, 420 sont enfouis et les connecteurs des trois cartes 410, 420, 430 sont en contact électrique. Le circuit électrique 400 est ainsi compact, et l’emplacement des composants 451, 452 et des connecteurs 411, 412, 421, 422, 423, 433 est optimisé sur chaque carte 410, 420, 430.
Comme indiqué pour les figures précédentes, les connecteurs des trois cartes 410, 420, 430 peuvent être de type mâle ou femelle et/ou de type mono-signal ou multi-signaux.
De plus, les connecteurs peuvent avoir des tailles et des formes diverses afin d’optimiser l’encombrement des cartes et l’interconnexion entre les cartes.

Claims (10)

  1. Procédé (100) de fabrication d’un circuit électronique (200, 300, 400) comprenant :
    • la fabrication additive (110) d’une première carte électronique (210, 310, 410) comprenant au moins sur une première face (4101) un connecteur conducteur électrique (411, 412) et un composant électronique (451) et la fabrication additive (110) d’une deuxième carte électronique (220, 320, 420) comprenant au moins sur une première face (4201) un connecteur conducteur électrique (421, 422) et une cavité (442), et
    • la superposition (120) des première et deuxième cartes électroniques de manière à ce que la première face (4101) de la première carte (410) soit en vis-à-vis de la première face (4201) de la deuxième carte (420), que le connecteur conducteur électrique (411, 412) de la première carte soit en contact électrique avec le connecteur conducteur électrique (421, 422) de la deuxième carte et que le composant électronique (451) de la première carte soit placé dans la cavité (442) de la deuxième carte.
  2. Procédé de fabrication d’un circuit électronique selon la revendication 1, dans lequel la fabrication additive desdits connecteurs conducteurs électriques des première et deuxième cartes est choisie parmi une impression par jet d’encre, une impression par dépôt de fil fondu ou une impression par fusion laser sur lit de poudre.
  3. Procédé de fabrication d’un circuit électronique selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel lesdits connecteurs conducteurs électriques des première et deuxième cartes sont fabriqués à partir d’une encre conductrice comprenant des nanoparticules d’argent et le composant électronique de la première carte est soudé à la première carte par ladite encre conductrice.
  4. Procédé de fabrication d’un circuit électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les première et deuxième cartes électroniques comprennent des parties non-conductrices réalisées en une résine photosensible.
  5. Procédé de fabrication d’un circuit électronique (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits connecteurs conducteurs électriques sont de forme conique (212, 222) ou trapézoïdale (211, 221).
  6. Procédé de fabrication d’un circuit électronique (200) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits connecteurs conducteurs électriques (211, 212, 221, 222) sont de type mono-signal.
  7. Procédé de fabrication d’un circuit électronique (300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel lesdits connecteurs conducteurs électriques (311, 321) sont de type multi-signaux.
  8. Procédé de fabrication d’un circuit électronique (200, 300) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le connecteur conducteur électrique (211, 212, 311) de la première carte (210, 310) est de type mâle et le connecteur conducteur électrique (221, 222, 321) de la deuxième carte (220, 320) est de type femelle de forme complémentaire du connecteur de type mâle de la première carte.
  9. Procédé de fabrication d’un circuit électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la deuxième carte (420) comprend également sur une deuxième face (4202) au moins un composant électronique (452) et un connecteur conducteur électrique (423) et le procédé comprend la fabrication additive d’une troisième carte électronique (430) comprenant au moins sur une première face (4301) un connecteur conducteur électrique (433) et une cavité (443) et la superposition de la troisième carte (430) sur la deuxième carte (420) de manière à ce que la première face (4301) de la troisième carte (430) soit en vis-à-vis de la deuxième face (4202) de la deuxième carte (420), que le connecteur conducteur électrique (433) de la troisième carte (430) soit en contact électrique avec le connecteur conducteur électrique (423) de la deuxième face (4202) de la deuxième carte (420) et que le composant électronique (452) de la deuxième carte (420) soit placé dans la cavité (443) de la troisième carte (430).
  10. Procédé de fabrication d’un circuit électronique selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre la mise sous presse des cartes électroniques superposées (130).
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