FR2699039A1

FR2699039A1 - Multilayer circuit board for use in electronics applications - has circuit board separated by isolating layers with integrated circuits mounted on lower and upper face

Info

Publication number: FR2699039A1
Application number: FR9214669A
Authority: FR
Inventors: Poirier Michel
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Sagem SA
Priority date: 1992-12-04
Filing date: 1992-12-04
Publication date: 1994-06-10
Anticipated expiration: 2012-12-04
Also published as: FR2699039B1

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.The card comprises a multilayer substrate 1, components 2, 3, 4 mounted on at least one face 1a, 1b of the substrate, external connection pads 11 arranged along an edge 9 of the substrate and electrically connected to the components by the 'intermediate conductive networks formed in internal layers 13 of the substrate, and at least one metal cover 6, 7 welded to a metallized surface 16 of the substrate to cover the components 2, 3, 4 leaving exposed the outer connection pads 11. The metallized surface 16 on which the cover 6, 7 is welded extends beyond the outer connection areas 11 to the edge 9 of the substrate along which they are arranged. A non-metallized gap 17 is formed between said metallized surface 16 and each outer connection pad 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.ELECTRONICALLY CARD WITH MULTILAYER SUBSTRATE
The present invention relates to an electronic card intended to be mounted in a tray by means of a slide mechanism, and for which it is sought to remove the heat given off by the components.

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. Usually, cards of this type have their components mounted on an electrically insulating substrate, for example made of alumina, itself fixed on a metal plate forming a heat sink. The card is engaged in two slides located on opposite sides of the tank and arranged to ensure good thermal contact between the drain and the structure of the tank. The external connection of the components is carried out by means of conductive pads deposited on the insulating substrate along an edge perpendicular to the slides, and cooperating with a connector on edge.

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. This arrangement does not allow heat to be dissipated from the edge of the card comprising the external connection pads. This results in a limitation of the possibilities of heat dissipation, an undesirable limitation when it is sought to achieve high densities of implantation of components on the card.

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. In this context, a main object of the invention is to improve the possibilities of evacuation of the heat released by the components of an electronic card.

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. The invention thus provides an electronic card, comprising a plate-shaped substrate, components mounted on at least one face of the substrate, external connection pads arranged along an edge of the substrate and electrically connected to the components by the intermediate of conductive networks, and at least one metal cover welded onto a metallized surface of the substrate to cover the components leaving exposed the external connection areas, characterized in that the substrate has a multilayer structure, the conductive networks being formed in layers internal of the substrate and connected to the external connection pads by metallized holes, and in that the metallized surface on which the cover is welded extends beyond the external connection pads to the edge of the substrate along which they are arranged, a non-metallized gap being formed between said metallized surface and each range of conn external exion.

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. Under these conditions, part of the heat released by the components and transmitted to the metal cover can be removed by the metallized surface which forms a heat sink to the edge of the card on the connector side.

Ce bord est alors utilisable pour l'évacuation de la chaleur vers la structure du bac recevant la carte.This edge is then usable for the evacuation of heat towards the structure of the tray receiving the card.

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. The cover can be welded hermetically to prevent the penetration of water vapor which would disturb the operation of the components. The use of a multilayer substrate makes it possible to connect the components to the external connection pads without providing conductive wires passing through the cover by passages insulated by glass which complicate the production of certain known cards. The metallized surface can then correspond substantially to the entire surface of the substrate not covered by the cover, with the exception of the connection pads and non-metallized intervals which insulate them, which makes it possible to maximize the heat transfer between the cover and the edges of the card.

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. In an advantageous version of the invention, the substrate consists of an amino-layered stack of insulating layers, preferably made of polyimide reinforced with glass fibers, and of layers incorporating the conductive networks.

Cette technologie des substrats colaminés convient pour une mise en oeuvre simple et économique de l'invention. This colaminated substrate technology is suitable for a simple and economical implementation of the 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.The components can be mounted directly on this substrate (on the two opposite faces if one wishes to maximize integration), or on an intermediate substrate transferred to the colaminated substrate.

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. Other features and advantages of the present invention will appear in the description below of a preferred and nonlimiting embodiment, read in conjunction with the appended drawing in which the single figure is a perspective view of part of a card according to the invention, with a section showing its 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). The electronic card shown comprises a substrate 1 having a multilayer structure and electronic components 2, 3, 4 mounted on the substrate 1 and covered by metal covers 6, 7. The components, for example integrated circuit chips, can be transferred directly on the substrate 1 (reference 2 in the figure), or transferred onto an intermediate substrate 5, for example of alumina, itself transferred onto the multilayer substrate 1 (references 3 and 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. The substrate is in the form of a rectangular plate, two opposite edges of which are suitable for mounting in slides provided in a tray (not shown) receiving the card. Only one of these two edges 8 is partially visible in the figure. Each slide can comprise, in a conventional manner, a cam device which applies one face of the edge 8 against a complementary face of the slide, to ensure good thermal contact.

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. Another edge 9 of the substrate 1 is arranged to receive a connector on edge not shown. Along this edge 9, in a margin not covered by the covers 6, 7, the card comprises external connection areas 11 formed by metallizations covering on each face of the substrate through holes 14 themselves metallized. The outer connection pads 11 are provided to cooperate with individual contacts of the wafer connector.

Le substrat 1 est constitué par un empilement colaminé de couches électriquement isolantes 12 et de couches 13 incorporant des réseaux électriquement conducteurs. The substrate 1 consists of a laminated stack of electrically insulating layers 12 and of layers 13 incorporating electrically conductive networks.

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. This type of substrate is well known in the art. The conductive networks serve to obtain the desired connections between the terminals of the components 2, 3, 4, and to selectively connect these terminals to the external connection pads 11. To this end, some of the conductive networks extend to metallized holes 14 to establish the electrical connection with the corresponding pads 11.

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. The insulating layers 12 are preferably made of polyimide reinforced with glass fibers, which makes it possible to obtain a substrate with a low coefficient of expansion well suited to that of the deferred components 2, 3, 4 or intermediate substrates 5. In addition , the use of polyimide allows, thanks to its low Young's modulus, to tolerate mismatches between these expansion coefficients. The insulating layers 12 typically have a thickness of the order of 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. The conductive networks constituting the ground plane and the supply plane of the card are made of nickel-steel alloy known under the name invar, covered by copper, which ensures a low impedance, and allows good heat dissipation . The other conductive networks are made of copper. The conductive networks, which are also separated by reinforced polyimide within the layers 13, typically have a width of the order of 100 microns and a thickness of the order of 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. The substrate has a metallized surface 16 on which the metal covers 6, 7 are welded. The covers 6, 7 are hermetically welded around their entire periphery on this surface 16 by means of soft welding, which protects the components 2, 3, 4 outdoor water vapor. It is thus possible, if desired, to refrain from coating the components with a protective varnish, which improves their reliability and makes it possible to repair or replace them. The metal covers 6, 7 also protect the components from external electromagnetic interference, and they prevent the emission of radiation from the card.

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. The covers 6, 7 also serve to transmit to the metallized surface 16 the heat released by the components 2, 3, 4 in operation. The metallized surface 16 is adapted to ensure the evacuation of this heat towards the structure of the tank under the best conditions. Thus, on the side of the edge 9 of the card, the metallized surface 16 extends beyond the outer connection areas 11 to this edge. For electrical insulation, a non-metallized gap 17 is provided between the metallized surface 16 and each external connection pad 11. The non-metallized gaps 17 preferably have a width d of at least 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. In the example shown, components are mounted on each face la, lb of the substrate and protected by respective covers 6, 7. Under these conditions, the metallized surface 16 comprises a part 16a, 16b on each face la, lb of the substrate for welding the covers 6, 7. The metallized surface 16 extends continuously from one face to the other, the parts 16a, 16b being interconnected by another metallized part 16c which covers the edge 18 of the substrate on the edge 9 adjacent to the external connection pads 11. For the thermal transfer between the card and the structure of the container to be maximum, it is advantageous for the metallized surface 16 to cover the edge of the substrate 1 over substantially the entire periphery thereof . The heat transfer can then be carried out optimally both by the lateral edges 8 and by the edge 9 adjacent to the pads 11. Of course, the electrical insulation then requires that the conductive networks of the layers 13 not extend tooth not up to the edge 18 of the substrate, as shown in the section in section of the 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. The metallized zone 16 can be formed at the same time as the external connection pads 11 by conventional photolithography and / or electrolytic deposition methods after the manufacture of the colaminated substrate. When these methods are used for mass production of cards according to the invention, small non-metallized zones may remain at the places where the substrate is gripped and held. The metallization can then be supplemented by metal closure pieces added by soft welding.

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. To avoid damaging the metallization of zone 16 near the edges, the slides can be provided with grooves extending along each corner receiving an edge between the edge and a face of the card. If one does not wish to modify the fixed slides provided in the structure of the tray, one can provide intermediate slide elements having a male part to be engaged in the fixed slides and a female part comprising the grooves for receiving the card.

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. On the side adjacent to the outer connection pads 11, each cover 6, 7 is welded to a uniform portion of the metallized area 16 which has a width D measured between the pads 11 and the edge of the metallized area located under the cover. This width D is given a value of at least 1 cm to ensure a perfect seal between the non-metallized intervals 17 and the spaces containing the components.

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. The invention makes it possible to economically obtain overall hermetic protection on a card for which the expansion coefficient is controlled. It is thus possible to transfer components of any technology without any personal protection constraint, which simplifies subsequent repairs.

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. Although the invention has been described with reference to a preferred example, it will be understood that this example is not limiting and that various modifications can be made to it without departing from the scope of the invention. For example, the invention can be applied to cards having components on one side.

Claims

1. Electronic card, comprising a plate-shaped substrate (1), components (2, 3, 4) mounted on at least one face (la, lb) of the substrate, external connection pads (11) arranged along an edge (9) of the substrate and electrically connected to the components via conductive networks, and at least one metal cover (6, 7) welded to a metallized surface (16) of the substrate to cover the components (2, 3, 4) leaving exposed the external connection pads (11), characterized in that the substrate (1) has a multilayer structure, the conductive networks being formed in internal layers (13) of the substrate and connected to the connection pads outer (11) by metallized holes (14), and in that the metallized surface (16) on which the cover is welded (6, 7) extends beyond the outer connection areas (11) to edge (9) of the substrate along which they are arranged, a non-metallized interval (17 ) being formed between said metallized surface (16) and each external connection pad (11).

2. Electronic card according to claim 1, characterized in that the metallized surface (16) covers the edge (18) of the substrate on the edge (9) along which the outer connection pads (11) are arranged.

3. Electronic card according to claim 2, characterized in that the metallized surface (16) covers the edge of the substrate (1) over substantially the entire periphery thereof.

4. Electronic card according to any one of claims 1 to 3, characterized in that components (2, 3, 4) are mounted on the two opposite faces (la, lb) of the substrate (1) and covered by covers respective metal (6, 7) welded on the metallized surface (16) which extends without discontinuity from one face to the other by covering the edge of the substrate (1) on at least one edge (9) thereof .

5. Electronic card according to any one of claims 1 to 4, characterized in that said non-metallized intervals (17) have a width (d) of at least 0.1 mm.

6. Electronic card according to any one of claims 1 to 5, characterized in that, on the side adjacent to the external connection pads (11), the cover (6, 7) is welded on a portion of the metallized surface ( 16) having a width (D) of at least 1 cm.

7. Electronic card according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the substrate (1) consists of a laminated stack of electrically insulating layers (12) and layers (13) incorporating the conductive networks.

8. Electronic card according to claim 7, characterized in that the insulating layers (12) are made of polyimide reinforced with glass fibers.

9. Electronic card according to any one of claims 7 or 8, characterized in that some of the conductive networks are made of invar covered with copper.