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FR2699039A1 - Carte électronique à substrat multicouche. - Google Patents

Carte électronique à substrat multicouche. Download PDF

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Abstract

La carte comprend un substrat multicouche 1, des composants 2, 3, 4 montés sur au moins une face 1a, 1b du substrat, des plages de connexion extérieure 11 disposées le long d'un bord 9 du substrat et reliées électriquement aux composants par l'intermédiaire de réseaux conducteurs formés dans des couches internes 13 du substrat, et au moins un capot métallique 6, 7 soudé sur une surface métallisée 16 du substrat pour recouvrir les composants 2, 3, 4 en laissant exposées les plages de connexion extérieure 11. La surface métallisée 16 sur laquelle est soudé le capot 6, 7 s'étend au-delà des plages de connexion extérieure 11 jusqu'au bord 9 du substrat le long duquel elles sont disposées. Un intervalle non métallisé 17 est ménagé entre ladite surface métallisée 16 et chaque plage de connexion extérieure 11.

Description

CARTE ELECTRONIOUE A SUBSTRAT MULTICOUCHE
La présente invention concerne une carte électronique destinée à être montée dans un bac au moyen d'un mécanisme à glissières, et pour laquelle on cherche à évacuer la chaleur dégagée par les composants.
Habituellement, les cartes de ce type ont leurs composants montés sur un substrat électriquement isolant, par exemple en alumine, lui-même fixé sur une plaque métallique formant drain thermique. La carte est engagée dans deux glissières situées sur des côtés opposés du bac et agencées pour assurer un bon contact thermique entre le drain et la structure du bac. La connexion extérieure des composants s'effectue par l'intermédiaire de plages conductrices déposées sur le substrat isolant le long d'un bord perpendiculaire aux glissières, et coopérant avec un connecteur sur tranche.
Cet agencement ne permet pas une évacuation de la chaleur par le bord de la carte comportant les plages de connexion extérieure. Il en résulte une limitation des possibilités d'évacuation de la chaleur, limitation indésirable lorsqu'on cherche à atteindre d'importantes densités d'implantation de composants sur la carte.
Dans ce contexte, un but principal de l'invention est d'améliorer les possibilités d'évacuation de la chaleur dégagée par les composants d'une carte électronique.
L'invention propose ainsi une carte électronique, comprenant un substrat en forme de plaque, des composants montés sur au moins une face du substrat, des plages de connexion extérieure disposées le long d'un bord du substrat et reliées électriquement aux composants par l'intermédiaire de réseaux conducteurs, et au moins un capot métallique soudé sur une surface métallisée du substrat pour recouvrir les composants en laissant exposées les plages de connexion extérieure, caractérisée en ce que le substrat a une structure multicouche, les réseaux conducteurs étant formés dans des couches internes du substrat et reliés aux plages de connexion extérieure par des trous métallisés, et en ce que la surface métallisée sur laquelle est soudée le capot s'étend au-delà des plages de connexion extérieure jusqu'au bord du substrat le long duquel elles sont disposées, un intervalle non métallisé étant ménagé entre ladite surface métallisée et chaque plage de connexion extérieure.
Dans ces conditions, une partie de la chaleur dégagée par les composants et transmise au capot métallique peut être évacuée par la surface métallisée qui forme un drain thermique jusqu'au bord de la carte côté connecteur.
Ce bord est alors utilisable pour l'évacuation de la chaleur vers la structure du bac recevant la carte.
Le capot peut être soudé hermétiquement pour empêcher la pénétration de vapeur d'eau qui perturberait le fonctionnement des composants. L'utilisation d'un substrat multicouche permet de relier les composants aux plages de connexion extérieure sans prévoir de fils conducteurs traversant le capot par des passages isolés par du verre qui compliquent la réalisation de certaines cartes connues. La surface métallisée peut alors correspondre sensiblement à toute la surface du substrat non couverte par le capot, à l'exception des plages de connexion et des intervalles non métallisés qui les isolent, ce qui permet de maximiser le transfert de chaleur entre le capot et les bords de la carte.
Dans une version avantageuse de l'invention, le substrat est constitué par un empilement col aminé de couches isolantes, de préférence en polyimide renforcé par des fibres de verre, et de couches incorporant les réseaux conducteurs.
Cette technologie des substrats colaminés convient pour une mise en oeuvre simple et économique de l'invention.
Les composants peuvent être montés directement sur ce substrat (sur les deux faces opposées si on souhaite maximiser l'intégration), ou sur un substrat intermédiaire reporté sur le substrat colaminé.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'un exemple de réalisation préféré et non limitatif, lue conjointement au dessin annnexé dans lequel la figure unique est une vue en perspective d'une partie d'une carte selon l'invention, avec une coupe faisant apparaître sa structure.
La carte électronique représentée comprend un substrat 1 ayant une structure multicouche et des composants électroniques 2, 3, 4 montés sur le substrat 1 et recouverts par des capots métalliques 6, 7. Les composants, par exemple des puces à circuit intégré, peuvent être reportés directement sur le substrat 1 (référence 2 sur la figure), ou reportés sur un substrat intermédiaire 5, par exemple en alumine, lui-même reporté sur le substrat multicouche 1 (références 3 et 4).
Le substrat est en forme de plaque rectangulaire dont deux bords opposés sont adaptés au montage dans des glissières prévues dans un bac (non représenté) recevant la carte. Un seul de ces deux bords 8 est partiellement visible sur la figure. Chaque glissière peut comporter, de façon classique, un dispositif à came qui applique une face du bord 8 contre une face complémentaire de la glissière, pour assurer un bon contact thermique.
Un autre bord 9 du substrat 1 est agencé pour recevoir un connecteur sur tranche non représenté. Le long de ce bord 9, dans une marge non couverte par les capots 6, 7, la carte comporte des plages de connexion extérieure 11 formées par des métallisations recouvrant sur chaque face du substrat des trous traversants 14 eux-mêmes métallisés. Les plages de connexion extérieure 11 sont prévues pour coopérer avec des contacts individuels du connecteur sur tranche.
Le substrat 1 est constitué par un empilement colaminé de couches électriquement isolantes 12 et de couches 13 incorporant des réseaux électriquement conducteurs.
Ce type de substrat est bien connu dans la techni que. Les réseaux conducteurs servent à obtenir les raccordements désirés entre les bornes des composants 2, 3, 4, et à relier sélectivement ces bornes aux plages de connexion extérieure 11. A cette fin, certains des réseaux conducteurs s'étendent jusqu'à des trous métallisés respectifs 14 pour établir la liaison électrique avec les plages 11 correspondantes.
Les couches isolantes 12 sont de préférence réalisées en polyimide renforcé par des fibres de verre, ce qui permet d'obtenir un substrat à faible coefficient de dilatation bien adapté à celui des composants reportés 2, 3, 4 ou des substrats intermédiaires 5. En outre, l'utilisation du polyimide permet, grâce à son faible module d'Young, de tolérer des désadaptations entre ces coefficients de dilatation. Les couches isolantes 12 ont typiquement une épaisseur de l'ordre de 200 microns.
Les réseaux conducteurs constituant le plan de masse et le plan d'alimentation de la carte sont réalisés en alliage nickel-acier connu sous l'appellation invar, recouvert par du cuivre, ce qui assure une faible impédance, et permet une bonne évacuation de chaleur. Les autres réseaux conducteurs sont en cuivre. Les réseaux conducteurs, qui sont également séparés par du polyimide renforcé au sein des couches 13, ont typiquement une largeur de l'ordre de 100 microns et une épaisseur de l'ordre de 25 microns.
Le substrat comporte une surface métallisée 16 sur laquelle sont soudés les capots métalliques 6, 7. Les capots 6, 7 sont soudés hermétiquement sur tout leur pourtour sur cette surface 16 au moyen de soudure tendre, ce qui protège les composants 2, 3, 4 de la vapeur d'eau extérieure. On peut ainsi, si on le souhaite, s'abstenir d'enduire les composants d'un vernis protecteur, ce qui améliore leur fiabilité et rend possible leur réparation ou leur remplacement. Les capots métalliques 6, 7 protègent en outre les composants des perturbations électromagnétiques extérieures, et ils évitent l'émission de rayonnements depuis la carte.
Les capots 6, 7 servent aussi à transmettre à la surface métallisée 16 la chaleur dégagée par les composants 2, 3, 4 en fonctionnement. La surface métallisée 16 est adaptée pour assurer l'évacuation de cette chaleur vers la structure du bac dans les meilleures conditions. Ainsi, du côté du bord 9 de la carte, la surface métallisée 16 s'étend au-delà des plages de connexion extérieure 11 jusqu ce bord. Pour l'isolation électrique, un intervalle non métallisé 17 est ménagé entre la surface métallisée 16 et chaque plage de connexion extérieure 11. Les intervalles non métallisés 17 ont de préférence une largeur d d'au moins 0,1 mm.
Dans l'exemple représenté, des composants sont montés sur chaque face la, lb du substrat et protégés par des capots respectifs 6, 7. Dans ces conditions, la surface métallisée 16 comprend une partie 16a, 16b sur chaque face la, lb du substrat pour le soudage des capots 6, 7. La surface métallisée 16 s'étend sans discontinuité d'une face à l'autre, les parties 16a, 16b étant reliées entre elles par une autre partie métallisée 16c qui recouvre le chant 18 du substrat sur le bord 9 adjacent aux plages de connexion extérieure 11. Pour que le transfert thermique entre la carte et la structure du bac soit maximal, il est avantageux que la surface métallisée 16 recouvre le chant du substrat 1 sur sensiblement toute la périphérie de celui-ci. Le transfert thermique peut alors s'effectuer de façon optimale à la fois par les bords latéraux 8 et par le bord 9 adjacent aux plages 11.Bien entendu, l'isolation électrique impose alors que les réseaux conducteurs des couches 13 ne s'étend dent pas jusqu'au chant 18 du substrat, comme le montre la partie en coupe de la figure.
La zone métallisée 16 peut être formée en même temps que les plages de connexion extérieure 11 par des procédés classiques de photolithographie et/ou de dépôt électrolytique après la fabrication du substrat colaminé. Lorsque ces procédés sont utilisés pour fabriquer en série des cartes selon 11 invention, il peut rester de petites zones non métallisées aux endroits où est saisi et maintenu le substrat. La métallisation peut ensuite être complétée par des pièces métalliques de fermeture rapportées par soudure tendre.
Pour éviter d'endommager la métallisation de la zone 16 près des bords, on peut munir les glissières de gorges s'étendant le long de chaque coin recevant une arête entre le chant et une face de la carte. Si on ne souhaite pas modifier les glissières fixes prévues dans la structure du bac, on peut prévoir des éléments de glissière intermédiaires ayant une partie mâle à engager dans les glissières fixes et une partie femelle comportant les gorges pour recevoir la carte.
Sur le côté adjacent aux plages de connexion extérieure 11, chaque capot 6, 7 est soudé sur une portion uniforme de la zone métallisée 16 qui a une largeur D mesurée entre les plages 11 et le bord de la zone métallisée situé sous le capot. On donne à cette largeur D une valeur d'au moins 1 cm pour assurer une parfaite étanchéité entre les intervalles non métallisés 17 et les espaces renfermant les composants.
L'invention permet d'obtenir de manière économique une protection hermétique globale sur une carte dont on maîtrise le coefficient de dilatation. On peut ainsi y reporter des composants de technologie quelconque sans contrainte de protection individuelle, ce qui simplifie les réparations ultérieures.
Bien qu'on ait décrit l'invention en référence à un exemple préféré, on comprendra que cet exemple n'est pas limitatif et que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, l'invention peut s'appliquer à des cartes ayant des composants sur une seule face.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Carte électronique, comprenant un substrat (1) en forme de plaque, des composants (2, 3, 4) montés sur au moins une face (la, lb) du substrat, des plages de connexion extérieure (11) disposées le long d'un bord (9) du substrat et reliées électriquement aux composants par l'intermédiaire de réseaux conducteurs, et au moins un capot métallique (6, 7) soudé sur une surface métallisée (16) du substrat pour recouvrir les composants (2, 3, 4) en laissant exposées les plages de connexion extérieure (11), caractérisée en ce que le substrat (1) a une structure multicouche, les réseaux conducteurs étant formés dans des couches internes (13) du substrat et reliés aux plages de connexion extérieure (11) par des trous métallisés (14), et en ce que la surface métallisée (16) sur laquelle est soudé le capot (6, 7) s'étend au-delà des plages de connexion extérieure (11) jusqu'au bord (9) du substrat le long duquel elles sont disposées, un intervalle non métallisé (17) étant ménagé entre ladite surface métallisée (16) et chaque plage de connexion extérieure (11).
2. Carte électronique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface métallisée (16) recouvre le chant (18) du substrat sur le bord (9) le long duquel sont disposées les plages de connexion extérieure (11).
3. Carte électronique selon la revendication 2, caractérisée en ce que la surface métallisée (16) recouvre le chant du substrat (1) sur sensiblement toute la périphérie de celui-ci.
4. Carte électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des composants (2, 3, 4) sont montés sur les deux faces opposées (la, lb) du substrat (1) et recouverts par des capots métalliques respectifs (6, 7) soudés sur la surface métallisée (16) qui s'étend sans discontinuité d'une face à l'autre en recouvrant le chant du substrat (1) sur au moins un bord (9) de celui-ci.
5. Carte électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits intervalles non métallisés (17) ont une largeur (d) d'au moins 0,1 mm.
6. Carte électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que, sur le côté adjacent aux plages de connexion extérieure (11), le capot (6, 7) est soudé sur une portion de la surface métallisée (16) ayant une largeur (D) d'au moins 1 cm.
7. Carte électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le substrat (1) est constitué par un empilement colaminé de couches électriquement isolantes (12) et de couches (13) incorporant les réseaux conducteurs.
8. Carte électronique selon la revendication 7, caractérisée en ce que les couches isolantes (12) sont réalisées en polyimide renforcé par des fibres de verre.
9. Carte électronique selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que certains des réseaux conducteurs sont réalisés en invar recouvert de cuivre.
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