DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention porte sur des films flexibles comportant des composants électroniques ou des éléments ou des matériaux électroniques. Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une structure électronique multicouches flexible dans lequel une partie électronique est montée sur une base isolante et recouvert d’une passivation isolante.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE

Il existe des films chauffants comportant une couche électrothermique entre deux couches isolantes. Des films flexibles comportant des composants électroniques sont également connus, ces films comportant des composant électroniques tels des résistances, des capacités, ou des antennes RF par exemple. D’autres films flexibles peuvent être utilisés pour faire des batteries. Ces films utilisent souvent de l’encre conductive, qui doit être séché avant d’ajouter une autre couche d’isolant, par exemple. D’autres composants peuvent être déposés et collés et différents éléments sur différentes couches doivent être connectés entre elles électriquement, ce qui rend le procédé de fabrication difficile. Un but de la présente invention est d’améliorer un tel procédé, par exemple en le rendant plus rapide, entre autres.

RÉSUMÉ DE L’INVENTION

Le but de la présente invention est de définir un procédé de fabrication de différents types de structures électroniques multicouches flexibles qui soit efficace et facile à réaliser.

Selon un premier aspect, un procédé de fabrication d’une structure multicouches, flexible, sensiblement planaire, est présenté. Le procédé comporte les étapes suivantes : dépôt d’une couche d’encre de graphène sur une couche polymérique de passivation en laissant une vide d’encre une périphérie longitudinal de la couche polymérique de passivation ; collage d’une couche polymérique dite carrier préalablement traitée par une adhésif sensible à la pression à la couche polymérique de passivation ; séchage de la couche d’encre ; enlèvement d’un ou plusieurs morceau de graphène en découpant les zones de graphène à enlever et la couche polymérique de passivation depuis une première face sans couper la couche polymérique carrier et en retirant la couche polymérique carrier et les zones découpées depuis la deuxième face ; collage de rubans d’adhésif le long de la périphérie longitudinal à chaque côté de la couche polymérique de passivation et dans une partie des zones avec le graphène découpé ; placement de composants électroniques, des électrodes et de l’interconnecte sur une couche polymérique de substrat ; et collage de la couche de passivation sur la couche de substrat avec les composants électroniques dans la partie des zones de passivation avec le graphène découpé.

Selon un deuxième aspect, une structure électronique multicouches flexible, sensiblement planaire, est présentée, la structure étant fabriqué par le procédé mentionné ci-dessus.

DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS

Les caractéristiques de l’invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description de plusieurs formes d’exécution données uniquement à titre d’exemple, nullement limitative en se référant à la figure 1 , dans laquelle sont visibles les différentes couches présentes dans une structure électrothermique selon un mode de réalisation décrit dans le présent document.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L’INVENTION

La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une structure électronique multicouches flexible. La structure est sensiblement planaire, de préférence longiforme, s’étendant dans deux dimensions sur une longueur et une largeur, la longueur étant, de préférence, plusieurs fois plus importantes que la largeur. La structure est une structure électronique dans le sens qu’elle peut comporter des composants ou circuits électroniques, ces circuits ou composant étant soit positionnés ou déposés, soit imprimés par un procédé de sérigraphie, par exemple. Selon la fonctionnalité requise, ces circuits ou composants peuvent être des résistances, des capacités, des diodes, des selfs, des transistors ou des capteurs de différents types, par exemple. Selon un autre mode de réalisation, qui peut être combiné avec un ou plusieurs autres modes de réalisation mentionnés ici, la structure peut comporter un matériau électrothermique pour produire de la chaleur ou du froid. La structure peut comporter une couche conductrice comprenant des tracées conductrices pour lies les composants et / ou les éléments électrothermiques ensemble pour faire un ou plusieurs circuits électriques. Selon encore un autre mode de réalisation, le film, ou structure multicouche, peut être utilisé pour fabriquer des batteries. Selon un autre mode de réalisation encore, de telles structures peuvent être utilisé pour faire des films photovoltaïques.

La partie électronique des structures électroniques multicouches flexibles, qui sont fabricables selon un mode de la présente invention, est situé sur une ou plusieurs couches entre un substrat et une passivation, le substrat et la passivation étant des isolants électriques, par exemple un polymère. Selon un mode préféré de réalisation, la passivation et le substrat comporte chacun deux couches du polymère collées ensemble. La structure est donc l’étanche à l’air et à l’eau, électriquement isolante et résistante mécaniquement contre les griffures et / ou des coupures.

Selon un mode de réalisation, le polymère comporte un matériau polymère flexible, par exemple le polyéthylène téréphtalate (PET). D’autres polymères sont également possible, par exemple le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polychlorure de vinyle (PVC), le PVC souple (PVC-P), le polystyrène (PS), le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polyoxyméthylène (POM), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyester, le co-polyester, la polyétheréthercétone (PEEK), le polyamide, notamment le polyamide 6 (PA6), le polyamide 12 (PA12), le polyamide 10, le polyamide 610, le polyamide 66, le polyamide à base de constituants aliphatiques et cycloaliphatiques tels que notamment MACM12 ou le co-polyamide amorphe, de préférence à base de PA12, ou des copolymères ou mélanges de ceux-ci. Les structures électroniques multicouches flexibles comporte un socle et un chapeau. Le chapeau comporte la couche électrothermique et le socle comporte la couche conductrice qui peut comporter de l’électronique. Selon un mode de réalisation, les structures électroniques multicouches flexibles de la présente invention peuvent être produites sur une ligne de production qui permet d’imprimer la partie électronique sur la passivation pour faire le socle. Le chapeau est ensuite rattaché sur un substrat, soit le socle, par de la colle. Dans un mode de réalisation préféré le collage est réalisé par une colle qui agit avec une pression mécanique, soit une « PSA » (pressure sensitive adhésive), un adhésif sensible à la pression. Un PSA est un type d'adhésif non réactif qui forme une liaison lorsqu'une pression est appliquée pour lier l'adhésif à une surface.

Selon un mode de réalisation, une couche de passivation est déroulée depuis un premier rouleau principal. Optionnellement cette couche de passivation peut être enroulée sur un deuxième rouleau principal. La passivation est de préférence un polymère, comme décrit plus haut. Pour favoriser un bon accrochage des couches qui vont être appliquées sur la passivation, cette passivation peut, optionnellement, être préalablement traité au plasma.

Selon le type de structure électronique à faire, par exemple un film chauffant comportant une couche électrothermique, une couche photovoltaïque ou une batterie, la structure peut comporter du graphène. Cette couche peut être réalisé en déposant une encre de graphène. L’encre peut être préparée en mélangeant du graphène avec des résines et / ou des solvants.

Pour une encre électrothermique, par exemple, la structure moléculaire du graphène est hexagonale en deux dimensions. Pour une encre conductrice, on peut utiliser des microparticules, voire de nanoparticules, de graphène. Les nanoparticules de graphène peuvent avoir une taille de l’ordre de 1 nm à 100nm. Selon un mode de réalisation la forme moléculaire des nanoparticules peut être des nanotubes, des nano-sphères ou des nano-fils de graphène, par exemple.

Selon un mode de réalisation on utilise un mélangeur planétaire pour assurer une bonne homogénéité d’encre sans bulles d’air. Une couche d’encre de graphène préalablement mélangée est déposée sur la passivation, préférablement par un procédé de slot dies, pendant que la passivation se déroule sous la tête du slot die. L’épaisseur de cette couche peut être contrôlée en contrôlant la vitesse de déroulement du polymère. Selon un mode de réalisation, l’encre est brassée ou mélangé en même temps qu’elle est pompée dans la tête du slot die. La pression de la pompe peut aussi être utiliser pour contrôler l’épaisseur de la couche d’encre de graphène. Pour une structure électrothermique, le graphène ne vas pas jusqu’aux bords dans la largeur de la passivation.

La couche d’encre de graphène est ensuite séchée, préférablement par un procédé de séchage au rayons infrarouges proches (NIR) (ondes courtes), ce qui favorise un séchage rapide de l’encre sans endommager le polymère. Selon un mode de réalisation, le séchage se fait par impulsions. Les encres sèche à 120° pendant environ 10 minutes, ce qui est beaucoup plus rapide que les autres techniques sans rayons infrarouges, qui peuvent avoir des vitesses autour de 6 m/mn pour un tunnel de séchage de 60m à 125 dégrées par exemple. Avec les rayons infrarouges le séchage peut prendre autour des une à deux sec sur une distance de 0.5m ou 1m

Une couche dit « carrier » est appliquée sur la passivation. Cette couche peut être appliquée avant, pendant ou après la couche d’encre de graphène. La couche carrier peut être en matériau polymère. Selon un mode de réalisation, comme indiqué dans la FIG. 2, la couche carrier est déroulée par un premier rouleau carrier 230 et enroulée par un deuxième rouleau carrier 240. Cette couche peut être du PET qui est préparée avec une couche de colle PSA. Une pression peut être exercée sur la couche de carrier et la passivation pour les faire coller ensemble, par exemple avec une paire de rouleaux en configuration d’essoreuse à rouleau.

La couche de graphène est généralement continue sur la passivation après le procédé d’encrage décrit dessus. Il est possible de diviser cette couche en une pluralité de blocks de graphène, ou d’autres designs définis. Pour pouvoir réaliser des zones déterminées d’encrage sur la passivation avec des designs définis, des évidements sont fait dans le graphène. Selon un mode préféré de réalisation, les évidements sont faits avec un système d’emporte-pièce sur tambour pour séparer des zones d’encrage prédéfini par des coupures. Les coupures sont faites dans la graphène et la couche de polymère, jusqu’à la couche carrier. En retirant la couche carrier, les régions de graphène qui ont été découpés, soit les chutes, restent collées au carrier et peuvent être rejetées. Selon un autre mode de réalisation, cette opération est réalisée par une découpe laser.

Une deuxième couche de passivation est appliquée avec une colle PSA.

Pour compléter le chapeau, des électrodes sont posés. Optionnellement des circuits intégrés ou des capteurs ou des modules RFID peuvent être posés ou imprimés sur le chapeau, ainsi que de la connectique électrique, pour faire le circuit électronique voulu. Les circuits, modules ou capteurs sont placés dans les endroits qui ont été évidés.

Finalement, des bandeaux ou rubans de colle PSA sont placées dans une partie de chaque évidement et le long de la passivation sur les bords qui sont dépourvus de graphène. Un bandeau ou ruban adhésive d’un PSA peut donc être déroulé et attaché sur la passivation sur les deux bords de la structure où il n’y a pas de graphène. Le ruban d’adhésive peut aussi être collé dans les endroits évidés, par exemple prédécoupé avec la machine en mode « label ».

Une couche de polymère de substrat peut être préparée avec des circuits intégrés ou des composants électriques ou des capteurs ou antennes ou chip RFID ou autre circuit imprimé, ainsi que des électrodes pour connecter l’électronique et / ou pour connecter au graphène. Comme la couche de passivation, il est possible de traiter la couche de substrat avec du plasma pour améliorer l’accrochage des autres couches par-dessus. Sur cette couche de substrat il peut aussi y avoir de la connectique, déposée ou imprimée, par exemple pour relier plusieurs structures ensemble. Les électrodes et la connectique peuvent être formés avec une encre conductrice comme décrit dessus. Cette couche polymérique, le socle, peut être déroulée par-dessus du chapeau et le chapeau et le socle collés ensemble grâce au rubans adhésive préalablement positionnés.

Une deuxième couche polymérique de passivation, préparée avec une couche de colle PSA peut être collée à la première couche de passivation. Similairement, une deuxième couche polymérique de substrat, préparé avec une colle PSA peut être collé sur la première couche de substrat. Dans un mode de réalisation dans lequel la structure comporte un ou plusieurs chip RFID, le procédé comprend une étape de test qui comporte une lecture de la chip RFID.

La structure peut être découpée en longues morceaux comportant un nombre donné de blocks de graphène.