Domaine de l'invention

L'invention concerne le domaine général de la microtechnique et notamment l’usinage correctif de pièces par des moyens d’usinage sans force. L’invention concerne plus particulièrement un procédé et un équipement d’usinage correctif de petites pièces métalliques, réalisées préalablement par un procédé LIGA, à l’aide de moyens d’usinage sans force, comme un laser à très courtes impulsions.

L’équipement d’usinage trouve une application particulière dans l’industrie horlogère, notamment pour la réalisation de pièces de montres. On peut également citer des applications dans les domaines de la fluidique (buses) et médicales (paliers, isolateurs) et de la connectique (pointes de test).

Etat de la technique

L’utilisation de petites pièces réalisées dans des métaux est connue dans divers domaines tels que les applications médicales ou l’horlogerie.

Les techniques d’usinage traditionnelles sont surtout limitées aux techniques d’usinage ou façonnage à l’aide d’abrasifs ou des techniques de chimie ou par traitement plasma.

Une autre technique consiste à réaliser des pièces microtechniques par un procédé LIGA (Lithographie Galvanoformung Abformung). Initialement la technique était destinée à fonctionner avec des rayons X. La nécessité de mettre en œuvre un équipement coûteux (synchrotron) rend cette technique peu compatible avec une production de masse de microstructures devant avoir un faible coût unitaire. C’est pourquoi, sur la base de ce procédé LIGA, des procédés analogues ont été développés mais utilisant des résines photosensibles au rayonnement ultraviolet (UV). Un tel procédé est par exemple décrit dans la publication de A. B. Frazier et al., intitulée «Metallic Microstructures Fabricated Using Photosensitive Polyimide Electroplating Molds», Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 2, Issue 2, 87-94, June 1993. Cet article décrit un procédé pour la fabrication de structures métalliques par électrodéposition de métal dans des moules en résine photosensible à base de polyimide.

La technologie LIGA permet de réaliser des géométries irréalisables à l’aide de procédés de productions standard. La technologie LIGA est une technique additive qui a l’avantage d’être très peu coûteuse et qui peut être mise rapidement en œuvre, ce qui rend ce procédé très compétitif face aux méthodes traditionnelles par enlèvement de matière. Le procédé est idéal pour le prototypage rapide ainsi que pour la production de grande série et permet d’atteindre un bon niveau de précision micrométrique ainsi qu’une bonne qualité d’état de surface.

Le procédé UV-LIGA nécessite des outillages, des équipements industriels et des techniques très différents des méthodes de micro-fabrication conventionnelles.

Un procédé typique de la technique LIGA consiste à :

- déposer sur un substrat une couche de 1 à 1000 pm d'une résine photosensible appelée photoresist ;

- effectuer si nécessaire une planarisation de la couche de photoresist par usinage mécanique ;

- effectuer à travers un masque une irradiation au moyen d'un synchrotron ou par une exposition aux rayons ultraviolets ;

- développer, c'est-à-dire éliminer par des moyens chimiques, les portions de photoresist non polymérisées et créer de ce fait une cavité ou moule en photoresist;

- réaliser un dorage sélectif sur les surfaces supérieures de la cavité en photoresist dans le cas de la réalisation de cavité à plusieurs niveaux ;

- répéter les étapes précédentes pour réaliser des cavités à plusieurs niveaux ;

- électro-former un métal dans cette cavité afin d'obtenir le composant micromécanique.

Il est également possible de réaliser des micropièces qui comprennent plus qu’un seul élément. Par exemple, le document EP 1 916567 décrit un procédé de fabrication mixte de pièces par photolithographie, ajouts d’inserts et électroformage. Ce procédé nécessite l’assemblage d’au moins deux éléments, l’un obtenu par photolithographie et croissance galvanique, et l’autre par un autre procédé de fabrication, et il comprend les étapes suivantes:

- irradiation à travers un masque d’une couche de résine photosensible appliquée sur un substrat;

- développement de la couche de résine photosensible pour former un moule en résine polymérisée;

- placement d’un élément rapporté obtenu par un autre procédé de fabrication dans le moule de résine polymérisée ; - dépôt d’une couche métallique par électroformage sur le substrat de sorte que la croissance de la couche métallique enserre tout ou partie de l’élément rapporté ;

- obtention de la pièce par séparation du substrat d’avec la couche métallique électroformée solidaire de l’élément rapporté et élimination du moule en photoresist.

Les microstructures obtenues selon les procédés de l’art antérieur ont une précision limitée, ce qui résulte de la nature du procédé LIGA

Les microstructures obtenues selon les procédés de l’art antérieur sont des microstructures métalliques réalisées en un seul métal, ce qui n’est pas toujours optimal, pour des applications horlogères notamment. En effet, il peut être intéressant, pour des raisons esthétiques, tribologiques ou plus généralement mécaniques, etc., de réaliser des microstructures bimétals comportant au moins une pièce en un premier métal insérée dans une pièce en un deuxième métal.

Habituellement, pour réaliser de telles microstructures bimétals, l’insert (ou les inserts) en un premier métal est (ou sont) rapporté(s) de manière artisanale sur la pièce en un deuxième métal par enchâssement, sertissage, vissage ou autre emboutissage.

Le procédé basé sur la photolithographie et l’électroformage permet d’obtenir des formes et des précisions inégalées par les méthodes traditionnelles. Malgré cette très bonne précision, la demande pour des performances encore meilleures ne cesse d’augmenter.

Avec le procédé LIGA, le contrôle des dimensions (le diamètre et la verticalité, par exemple pour un trou), dépend de beaucoup de paramètres. On peut citer par exemple, la géométrie de la résine (qui elle-même dépend des paramètres du procédé lithographique), puis de l’évolution de cette géométrie durant l’électrodéposition. La taille des cavités, le type de photoresist, la hauteur du photoresist, le type et l’épaisseur du métal déposée, par exemple, sont des paramètres importants.

La répétabilité est extrêmement compliquée à maîtriser en raison de tous ces facteurs.

Il est donc évident que pour obtenir de manière précise et répétable un trou, par exemple, dans une microstructure fabriquée par LIGA, un contrôle rigoureux des paramètres cités plus haut doit être fait. Cela n’est techniquement et économiquement pas imaginable pour tous les paramètres. Chaque diamètre de trou et chaque épaisseur va demander des ajustements particuliers de ces paramètres. Si une microstructure possède plusieurs trous avec des diamètres et/ou des épaisseurs différents, il est aisé de comprendre que la précision obtenue est le fruit d’une série de compromis.

Dans le domaine de microstructures fabriquées par photolithographie UV et électroformage, il n’existe pas de solution qui permette d’obtenir des précisions inférieures à +/-2pm, voire +/- 1 pm dans le meilleur des cas, de manière reproductible dans le temps. Cette limite de résolution est surtout liée à la difficulté à obtenir la valeur cible au centre de l’intervalle de tolérance. La limite de résolution et la conformité géométrique, en particulier la verticalité des flancs, est le fruit d’optimisation et de compromis, mais est limitée par les matériaux et les installations utilisées et est fortement liée au caractère indirect du procédé. En effet, un trou dans une pièce, par exemple, est défini par un moule en résine, suivi d’une étape d’électroformage. Le résultat final dépend donc d’une multitude de paramètres et d’étapes de fabrication.

Il y a donc le besoin de disposer d’une nouvelle technique qui permet d’améliorer la précision des composants micro mécaniques réalisés par technique LIGA et sans augmenter substantiellement le coût de leur réalisation.

Objet de l'invention

L’invention concerne un procédé et un équipement d’usinage correctif, notamment par laser, d’un grand nombre de petites pièces réalisées préalablement par un procédé LIGA. La réalisation directe de dimensions précises et répétables a atteint ses limites avec le procédé UV-LIGA. Afin de garantir des précisions et des tolérances encore plus élevées, un ré-usinage ciblé par des moyens d’usinage sans force, par exemple par un laser pulsé, est proposé. La retouche des dimensions critiques se fait sur des éléments identifiés et ébauchés.

Plus précisément, l’équipement et le procédé de l’invention permettent de corriger extrêmement rapidement et de manière fiable par usinage sans force des pièces réalisées préalablement par un procédé LIGA, lesdites pièces ayant été réalisées sur un substrat et ensuite transférées sur un autre support. Le procédé et l’équipement de l’invention permettent de réaliser une pluralité de pièces de dimensions très précises, apportées et arrangées sur un support et cela à haute vitesse et sans augmenter substantiellement leur coût de fabrication.

L’équipement et le procédé de l’invention permettent d’utiliser les machines d’usinage sans force, de préférence par laser, par exemple par un laser femtoseconde, qui sont des machines extrêmement coûteuses, au maximum de leur capacité. Ceci est clé dans le domaine de la fabrication de pièces d’horlogerie mais également des pièces médicales de précision tels qu’utilisées par exemple dans des endoscopes. Une application particulière vise la réalisation de surfaces courbées et des trous et ouvertures dans des pièces LIGA et cela avec une très grande précision.

Dans un premier aspect l’invention est obtenue par un équipement d’usinage correctif de pièces métalliques de microtechnique réalisées préalablement par un procédé LIGA, comprenant une machine d’usinage comprenant un système de chargement/déchargement de supports de pièces métalliques, des moyens d’usinage sans force pour usiner lesdites pièces métalliques et un système de pilotage desdits moyens d’usinage sans force, ladite machine d’usinage définissant un plan horizontal X-Y et un axe vertical Z orthogonal au plan horizontal X-Y.

Chaque support comprend, au moins sur une face, une surface agencée pour y fixer une pluralité de pièces métalliques réalisées préalablement par procédé LIGA .

L’équipement d’usinage correctif comprend au moins un repère de référence d’usinage correctif XYZ en lien avec un repère de référence de fabrication X1Y1Z1 utilisé lors de la réalisation des pièces métalliques par le procédé LIGA.

L’équipement d’usinage correctif comprend un système d’enregistrement dans ledit repère de référence de fabrication X1 Y1Z1 d’au moins une géométrie cible et d’au moins une position x1 , y1 , z1 de référence prédéterminée propres à chaque pièce métallique positionnée sur le support, ledit système d’enregistrement desdites géométries cibles et desdites positions x1 , y1 , z1 étant agencé pour coopérer avec le système de pilotage desdits moyens d’usinage sans force.

L’équipement d’usinage correctif comprend un système reconnaissance, par exemple un système de vision, et une unité de calcul permettant de reconnaître, dans le repère de référence d’usinage correctif, la géométrie 3D et le positionnement des pièces métalliques réalisées préalablement par procédé LIGA et de déterminer une correction de la géométrie à apporter par rapport à la géométrie cible et à ladite position x1 , y1 , z1 de référence enregistrées, au moins l’unité de calcul étant agencée pour coopérer avec le système de pilotage des moyens d’usinage sans force.

Ledit système de pilotage desdits moyens d’usinage sans force comprend un système de positionnement desdits moyens d’usinage sans force agencé pour, avant l’usinage correctif de chaque pièce métallique, déplacer et positionner lesdits moyens d’usinage sans force dans le repère de référence d’usinage correctif par rapport à ladite pièce métallique à corriger et pour réaliser l’usinage correctif en fonction de ladite correction de la géométrie, de manière à obtenir ladite géométrie cible.

Dans un mode de réalisation, lesdits moyens d’usinage sans force comprennent un émetteur agencé pour émettre une onde électromagnétique. Dans un mode de réalisation, l’émetteur est configuré pour émettre une onde électromagnétique ayant une longueur d’onde entre 150nm et 1 mm, préférablement entre 200nm et 15pm, encore plus préférablement entre 300nm et 5pm.

Avantageusement l’émetteur est un laser.

Dans un mode de réalisation, ledit laser est un laser femtoseconde, configuré pour émettre des impulsions ayant une durée de moins de 900 femtosecondes, préférablement moins de 400 femtosecondes.

Dans un mode de réalisation, au moins un repère de positionnement d’usinage correctif est prévu sur le support de pièces métalliques et reconnu par le système de vision dans le repère de référence d’usinage correctif, ledit repère de positionnement d’usinage correctif étant en lien avec au moins un repère de positionnement de fabrication à partir duquel est définie la position x1 , y1 , z1 de référence de chaque pièce dans le repère de référence de fabrication.

Dans une variante d’exécution, au moins un repère de positionnement d’usinage correctif est prévu sur au moins une desdites pièces métalliques et reconnu par le système de vision dans le repère de référence d’usinage correctif, ledit repère de positionnement d’usinage correctif étant en lien avec au moins un repère de positionnement de fabrication à partir duquel est définie la position x1 , y1 , z1 de référence de chaque pièce dans le repère de référence de fabrication.

Dans un mode de réalisation, le système de vision est agencé pour réaliser une mesure de géométrie 3D et de positionnement avec une précision inférieure à 10 pm, de préférence inférieure à 5 pm, plus préférentiellement inférieure à 2 pm, dans au moins un des 3 axes X, Y, Z.

Dans un mode de réalisation, ledit support est agencé pour porter au moins deux ensembles contenant des pièces métalliques de types différents.

Dans un mode de réalisation, la machine d’usinage comprend un système pour libérer, après leur usinage correctif, au moins une partie des pièces métalliques de leur support.

Dans un mode de réalisation, ledit système de positionnement comprend un système optique à 5 axes, agencé pour coopérer avec le système de pilotage desdits moyens d’usinage sans force, pour pouvoir orienter l’onde électromagnétique émise dans les 3 dimensions X-Y-Z.

Dans un mode de réalisation, ledit système de pilotage desdits moyens d’usinage sans force est agencé pour usiner au moins une portion des pièces métalliques selon différentes étapes d’usinage. Dans un mode de réalisation, chaque support est agencé pour recevoir plus de 10, de préférence plus de 100, de préférence plus de 1000, préférablement plus de 5000 pièces métalliques, et ladite machine d’usinage est adaptée pour pouvoir usiner au moins 5000 pièces en moins de 10000 secondes.

Dans un deuxième aspect l’invention est réalisée par un procédé d’usinage correctif de pièces métalliques de microtechnique réalisées préalablement par un procédé LIGA, ledit procédé comprenant les différentes étapes (A-F) consistant à :

A : fournir, sur un support de pièces, des pièces métalliques réalisées préalablement par un procédé LIGA ;

B : se munir de l’équipement d’usinage correctif comme décrit et insérer au moins un dudit support de pièces dans ladite machine d’usinage;

C : enregistrer dans un repère de référence de fabrication utilisé lors de la réalisation des pièces métalliques par le procédé LIGA une géométrie cible et au moins une position x1 , y1 , z1 de référence prédéterminées propres à chaque pièce métallique positionnée sur ledit support de pièces;

D : reconnaître, dans au moins un repère de référence d’usinage correctif en lien avec ledit repère de référence de fabrication la géométrie 3D et le positionnement des pièces métalliques, réalisées préalablement par procédé LIGA, et déterminer une correction de la géométrie à apporter par rapport à ladite géométrie cible et à ladite position x1 , y1 , z1 de référence enregistrées à l’aide dudit système de vision et de ladite unité de calcul;

E : exécuter des étapes d’usinages correctifs desdites pièces métalliques par lesdits moyens d’usinage sans force, qui sont, avant l’usinage correctif de chaque pièce métallique, déplacés et positionnés relativement audit au moins un repère de référence d’usinage correctif par rapport à ladite pièce métallique à corriger, afin de réaliser l’usinage correctif en fonction de ladite correction de la géométrie déterminée à l’étape D pour obtenir ladite géométrie cible;

F: libérer au moins une desdites pièces métalliques de son support.

Dans un mode de réalisation, le repère de positionnement d’usinage correctif est prévu sur ledit support et reconnu par le système de vision dans le repère de référence d’usinage correctif, ledit repère de positionnement d’usinage correctif étant en lien avec au moins un repère de positionnement de fabrication à partir duquel est définie la position x1 , y1 , z1 de référence de chaque pièce dans le repère de référence de fabrication. Dans des variantes, le repère de positionnement d’usinage correctif prévu sur ledit support de pièces a été transféré du repère de positionnement de fabrication prévu sur le substrat dans lequel ont été réalisées les pièces métalliques par le procédé LIGA.

Dans un mode de réalisation, ledit repère de positionnement d’usinage correctif est réalisé sur au moins une surface d’au moins une pièce métallique et reconnu par le système de vision dans le repère de référence d’usinage correctif, ledit repère de positionnement d’usinage correctif étant en lien avec au moins un repère de positionnement de fabrication à partir duquel est définie la position x1 , y1 , z1 de référence de chaque pièce dans le repère de référence de fabrication.

Dans un mode de réalisation, ledit support de pièces est un film de transfert réalisé au moins partiellement en un polymère.

L’invention est également obtenue par une pièce de microtechnique métallique, obtenue par le procédé comme décrit, et ayant au moins une portion qui présente, entre les dimensions de la pièce corrigée et de la géométrie cible, un écart inférieur à 2 pm, préférablement inférieur à 1.5pm.

Dans une variante, la pièce de microtechnique métallique, telle que décrite, comprend au moins deux surfaces de ladite pièce de microtechnique métallique qui ont été corrigées avec le procédé décrit.

Descriptifs des figures

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d’un exemple de réalisation faite en référence aux figures annexées parmi lesquelles :

- La Figure 1 représente des étapes d’un procédé LIGA et d’un procédé de transfert sur un support de pièces selon l’invention;

- La Figure 2 représente un support de pièces comprenant des pièces métalliques réalisées par un procédé LIGA, selon les étapes illustrées dans la Figure 1 ;

- La Figure 3 représente un schéma de principe d’une machine d’usinage sans force;

- La Figure 4 représente le schéma d’un équipement de correction de pièces comprenant une machine d’usinage sans force comprenant préférablement un laser femtoseconde, un système de vision et une unité de calcul;

- La Figure 5 représente une coupe verticale d’une pièce réalisée par un procédé LIGA; - La Figure 6 représente un faisceau laser dirigé sur une pièce microtechnique selon la Figure 5 en vue d’exécuter une correction de forme par ablation de matière à l’aide d’un système d’usinage sans force;

- La Figure 7 représente un faisceau laser dirigé sur une pièce microtechnique, dans une position pour réaliser un diamètre cible d’une ouverture;

- La Figure 8 représente une pièce métallique réalisée par un procédé LIGA et dont la forme et/ou dimension et/ou état de surface a été corrigé à l’aide d’un usinage sans force;

- La Figure 9 représente une micro-pièce à multi-niveaux, comprenant des trous, réalisée avec l’équipement de correction de pièces et le procédé selon l’invention;

- Les Figures 10-12 illustrent des pièces métalliques réalisées par l’équipement de correction de pièces et le procédé selon l’invention ;

- La Figure 13 représente une base de fabrication de pièces comprenant des pièces métalliques réalisées par un procédé LIGA. La figure 13 illustre aussi des repères de positionnement de fabrication sur la base de fabrication de pièces;

- La Figure 14 illustre un repère de référence de fabrication X1 -Y1 -Z1 basé sur trois structures de référence de positionnement de fabrication prévues sur une base de fabrication, telle qu’une plaquette, comprenant les pièces réalisées pendant le procédé LIGA ;

- La Figure 15 illustre un repère de référence d’usinage correctif de la machine d’usinage basé sur trois structures de référence de positionnement d’usinage correctif qui ont été transférées de la base de fabrication sur un support de pièces.

- La Figure 16 illustre les coordonnées de 4 points particuliers d’un objet asymétrique par rapport à un repère de référence de fabrication X1-Y1 -Z1 lié au process LIGA;

- La Figure 17 illustre les coordonnées de 4 points particuliers d’un objet asymétrique apportés sur un support de pièces par rapport à un repère de référence d’usinage correctif X-Y-Z de la machine d’usinage ;

- La Figure 18 illustre une plaquette 1 comprenant des pièces à usiner et des repères de positionnement de fabrication, la plaquette 1 étant placée ou fixée dans ou sur un cadre 220 de la machine d’usinage. La Figure 18 illustre également un repère de référence d’usinage correctif X-Y-Z du système d’usinage 200 et dans lequel les repères de positionnement d’usinage correctif sont confondus avec les repères de positionnement de fabrication 20, 22, 24 de la plaquette 1 ; - La Figure 19 illustre un support de pièces 2 comprenant des pièces à corriger et qui ont été transférées d’une base de fabrication 1 sur ledit support de pièces 2. Le support de pièces 2 est placé ou fixé dans ou sur un cadre 220 de la machine d’usinage 200. La Figure 19 illustre également un repère de référence d’usinage correctif X-Y-Z de la machine d’usinage 200 et qui est basé sur les repères de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34 du support de pièce 2 en lien avec des repères de positionnement de fabrication d’une base de fabrication. La Figure 20 illustre une portion d’un support de pièces comprenant des repères de positions en proximité des pièces métalliques sur le support de pièces ;

- La Figure 21 montre un substrat comprenant des pièces métalliques réalisées par un procédé LIGA;

- La Figure 22 représente un support de pièces flexible comprenant des pièces métalliques réalisées par un procédé LIGA.

Description de modes de réalisation de l’invention

L’invention concerne un procédé d’usinage correctif de petites pièces en métal réalisées au préalable par un procédé LIGA. Le procédé permet de réaliser des pièces métalliques de très haute précision, c.à.d. ayant des surfaces, dimensions et formes, qui sont définies avec des précisions inférieures à 2pm, voire inférieures à 1 pm.

Bien qu’une application privilégiée de l’invention concerne le domaine de l’horlogerie, elle n’est pas limitée à ce domaine et peut s’appliquer à tout domaine qui bénéficie de petites pièces métalliques qui présentent des ouvertures et /ou des surfaces usinées telles que des surfaces courbées ou des surfaces définies par un polygone dans au moins une section de ladite pièce métallique.

Par exemple, les dimensions des pièces métalliques utilisées dans les mécanismes horlogers sont de très petites tailles et il est très difficile de les usiner avec précision et à des faibles coûts et à haute vitesse. Le diamètre extérieur maximal de ces pièces est typiquement entre 0.5 et 3 mm, et l’épaisseur typique est entre 0.05 mm et 1 mm.

Il est connu qu’il est très délicat de charger et décharger les pièces de microtechnique individuelles de façon très rapide dans une machine d’usinage afin d’assurer la cadence permise par l’usinage. Les méthodes standards utilisent des chargements par bols vibrants ou par systèmes d’alimentation flexibles guidés par vision qui chargent directement les pièces microtechniques dans des posages à serrage, ce qui permet un positionnement parfait des petites pièces métalliques avant leur usinage. Ces méthodes sont très difficiles à mettre au point pour atteindre des niveaux de fiabilité et d’autonomie élevés. De plus elles sont incapables d’atteindre des cadences de chargement/déchargement très élevées (on parle de cadences entre 0.5 secondes et 1 seconde par pièce).

Réaliser des pièces métalliques dont la géométrie désirée est réalisée avec une très haute précision, typiquement de l’ordre du micromètre, par des méthodes qui sont basés sur un usinage en appliquant une force nécessite un usinage de pièce par pièce ce qui est très onéreux et ne permet pas toujours d’obtenir la précision requise.

L’équipement et le procédé de l’invention proposent une méthode basée sur la réalisation d’une correction, sans appliquer de force, des dimensions et/ou formes de pièces réalisées par procédé LIGA. Il est compris ici que le terme « sans force » veut dire un usinage sans contact direct entre un outil d’usinage et les pièces à usiner, par exemple par l’utilisation de lasers.

Le procédé de correction peut se faire directement sur une base de fabrication également définie comme plaquette, sur laquelle ont été réalisées les pièces 10, 10’ par procédé LIGA. Ceci est illustré dans la Figure 18.

Dans un autre mode d’exécution, le procédé de correction se fait sur des pièces réalisées par LIGA qui ont été transférées sur un support de pièces 2. Comme décrit ultérieurement, le transfert peut se faire par un film polymère ou par une autre technique de transfert.

Dans la présente description de l’invention il est compris ici que le terme « usinage » veut dire une correction de forme et/ou ou de dimension d’au moins une portion d’une pièce au moins partiellement préalablement réalisée par procédé LIGA. Le terme « usinage » comprend aussi une simple correction de forme 3D des pièces sans forcément enlever de la matière des pièces.

Dans la présente description, on appelle « usinage sans force » un usinage non conventionnel selon lequel il n’y a pas d’action mécanique transmise par contact direct et effort entre un outil et la pièce, contrairement à un usinage conventionnel où il existe un contact direct entre l'outil et la pièce et dans lequel d’importantes forces de coupe sont impliquées. Un usinage sans force est donc un usinage sans contact direct entre la pièce à usiner et un outil d’usinage qui serait susceptible d’exercer un effort ou une contrainte sur ladite pièce. L’usinage sans force est un usinage avec un effort d’usinage inférieur au Newton (N) ou une pression spécifique de coupe inférieure au N/mm2.

L’équipement d’usinage correctif est défini comme un système d’usinage qui permet de corriger une forme définie au préalable. Par exemple le système peut être agencé pour corriger la dimension d’une ouverture ou un diamètre de pièce. L’équipement d’usinage correctif ne réalise pas une forme en partant d’un bloc de matière de forme quelconque, comme une forme cubique pour réaliser un cylindre, mais il ne fait que corriger une forme préalablement réalisée par procédé LIGA. Dans le cas d’un cylindre comprenant un trou, le système d’usinage ne sera conçu que pour corriger le diamètre du trou et/ou le diamètre extérieur de la pièce cylindrique. Il y a deux cas de figure pour l’usinage de correction :

I) dans un premier cas la machine d’usinage correctif exécute la correction directement sur des pièces sur la base de fabrication qui a été introduite dans la machine.

II) dans un deuxième cas la machine d’usinage correctif exécute la correction sur des pièces qui ont été transférées, avec les repères de positionnement de fabrication 20-24, sur un support de pièces introduits dans la machine d’usinage correctif.

Définitions des repères de référence de fabrication et d’usinage correctif X-Y-Z, X1-Y1-Z1 et des repères de positionnement de fabrication et d’usinage correctif’ :

- Le repère de référence de fabrication X1Y1Z1 est défini par des axes virtuels X1 , Y1 , Z1 qui sont définis par exemple sur la base de fabrication utilisée dans le process LIGA. Un système de coordonnées x1 , y1 , z1 définit la position des pièces dans ledit repère de référence de fabrication X1Y1Z1.

- Le repère de référence d’usinage correctif XYZ est avantageusement défini par les axes virtuels X, Y, Z qui sont définis par la machine d’usinage 200. Un système de coordonnées x, y, z définit la position des pièces dans ledit repère de référence d’usinage correctif XYZ.

Il est compris que les repères de référence d’usinage correctif et de fabrication X-Y-Z, respectivement X1 -Y1 -Z1 , sont centrés sur un centre de référence virtuel RC prévu sur la machine d’usinage, RC’ prévu par rapport au process LIGA. Par exemple, les axes X, Y, et X1 , Y1 peuvent être chacun parallèles à deux repères de positionnement 30, 32, 34, respectivement 20, 22, 24, ou sont parallèles aux deux axes d’un repère de forme 2D, par exemple une forme de croix. Des repères de référence d’usinage correctif et de fabrication XYZ, X1Y1Z1 sont illustrés dans les Figures 14-19.

- Un repère de positionnement de fabrication 20-24 est défini par au moins une structure réalisée lors du procédé LIGA et permet de définir dans le repère de référence de fabrication une position relative de référence, propre à chaque pièce métallique 10, 10’ positionnée sur sa base de fabrication 1. Un repère peut être une structure ponctuelle ou une structure qui a une forme 2D comme une croix. Si les repères sont des structures ponctuelles il faut au moins 3 repères 20-24. La position relative des pièces à corriger par rapport aux dites référence de fabrication 20-24 est connue précisément par les masques utilisés pendant le procédé LIGA. La précision relative est de l’ordre de 1 -2 pm. Les repères de positionnement de fabrication 20-24 peuvent avantageusement être utilisés pour définir le repère de référence de fabrication X1Y1Z1.

- Un repère de positionnement d’usinage correctif 30-34, 40, 47 est défini par au moins une structure réalisée lors du transfert des pièces 10, 10’ réalisées par LIGA sur le support et qui est lue par la machine d’usinage pour définir sa position dans le repère de référence d’usinage correctif, ce qui permet de déterminer, dans le repère de référence d’usinage correctif de la machine d’usinage 200, une position x, y, z. L’identification des repères de positionnement d’usinage correctif dans le repère de référence d’usinage correctif permet de déterminer, par exemple, si le film de transfert a été déformé, ce qui pourrait avoir comme conséquence que les positions relatives des repères de positionnement d’usinage correctif 30-34, 40-47 sont différentes des positions relatives des repères de positionnement de fabrication 20, 22, 24 dans le repère de référence de fabrication.

Si la correction des pièces à effectuer est exécutée directement sur la plaquette de fabrication 1 , le repère de référence d’usinage correctif et le repère de référence de fabrication peuvent être confondus et se basent sur les positions relatives des repères de positionnement de fabrication 20-24 qui sont confondus avec les repères de positionnement d’usinage correctif. Les repère de positionnement d’usinage correctif peuvent avantageusement être utilisés pour définir le repère de référence d’usinage correctif XYZ.

L’équipement et le procédé de l’invention permettent de réaliser une correction des dimensions et/ou de la forme désirée par ledit usinage sans force, défini aussi comme « correction sans force ». Les pièces métalliques sont réalisées par lots par une technique LIGA et avec une précision moyenne, typiquement de +/- 2 microns, caractéristique du procédé LIGA, et sont finalisées par un usinage final sans appliquer de force.

Il est compris que tous les modes de réalisation et variantes de l’équipement de l’invention peuvent être combinés entre eux selon toute combinaison techniquement compatible. Il est également compris que tous les modes de réalisation et variantes du procédé de l’invention peuvent être combinés entre eux selon toute combinaison techniquement compatible.

L’équipement et le procédé de l’invention peuvent comprendre au moins un des moyens d’usinage sans force suivantes:

- usinage par émission d’une onde électromagnétique, par exemple un faisceau de lumière tel qu’un faisceau laser ;

- usinage par plasma, préférablement un plasma directionnel ;

- usinage par microondes, préférablement des micro-ondes directifs ;

- usinage par procédé électro-chimique, préférablement une attaque électrochimique locale (ECM). Le procédé ECM est une méthode d'usinage employée généralement pour ébavurer, évider, polir ou réaliser des perçages. L'usinage électrochimique nécessite deux composants élémentaires: l'électrolyte et le courant électrique. L’« électrolyte » est par exemple de l’eau salée qui constitue le conducteur du courant électrique ;

- usinage par effet magnétique ;

- usinage par faisceau d’électrons, protons ou neutrons ;

- usinage à l’aide d’un un arc électrique , par exemple par électroérosion par enfonçage, appelée couramment aussi EDM (terme anglais signifiant « electrical discharge machining ») ;

- usinage par fil et électroérosion.

Les diverses méthodes d’usinage sans force ne doivent pas nécessairement enlever de la matière. Par exemple, par induction une portion d’une pièce peut subir une déformation, comme par exemple une faible correction du rayon de courbure d’une membrane mince.

Il est entendu qu’au moins deux moyens d’usinage peuvent être mis en œuvre, que ce soit en opération en même temps ou selon des temps d’usinages différés. Par exemple, les pièces métalliques peuvent subir d’abord une radiation d’un flux d’infrarouge afin de ramollir ou déformer une pièce métallique 10, 10’, suivi par un usinage local par femto laser.

Description de l’Equipement

Plus précisément, dans un premier aspect, l’invention concerne un équipement d’usinage correctif de pièces métalliques 10, 10’ de microtechnique réalisées préalablement par un procédé LIGA, comprenant une machine d’usinage 200. La machine d’usinage 200 peut comprendre un système de chargement/déchargement 300 de supports de pièces 2 pour pièces métalliques 10, 10’, des moyens d’usinage sans force pour usiner lesdites pièces métalliques 10, 10’ et un système de pilotage desdits moyens d’usinage sans force. Comme illustré dans un exemple dans la Figure 4, ladite machine d’usinage 200 définit un plan horizontal X-Y et un axe vertical Z orthogonal au plan horizontal X-Y.

Chaque support de pièces 2 comprend, au moins sur une face, une surface 2a, 2b agencée pour y fixer une pluralité de pièces métalliques 10, 10’ réalisées préalablement par procédé LIGA.

L’équipement d’usinage correctif comprend toujours un système de mesure, de préférence un système de vision agencé pour pouvoir reconnaître les positions des repères de positionnement de fabrication 20-24 sur ladite base de fabrication introduite dans le système d’usinage, et/ou des repères de positionnement d’usinage correctif 30-34 sur les supports de pièces 2 introduits dans la machine d’usinage.

Ceci est illustré dans les Figures 14 et 15.

La Figure 14 illustre la situation de fabrication de pièces par LIGA sur une plaquette de fabrication 1 , aussi défini comme substrat. Les 3 repères de positionnement de fabrication 20, 22, 24 définissent, sur la plaquette 1 un repère de référence de fabrication X1Y1Z1 orthogonal ou, selon les repères utilisés, un repère de référence de fabrication X1Y1Z1 qui comprend un angle a entre les axes X1 et Y1 . La direction Z1 est toujours perpendiculaire au plan défini par les axes X1 et Y1. Le centre du repère de référence de fabrication peut être défini n’importe où sur la plaquette 1 .

Dans le cas d’un transfert de pièces sur un support de pièces 2 illustré dans la Figure 15, les trois repères de positionnement de fabrication 20, 22, 24 sont transférés à l’identique sur un support de pièces 2 pour former trois repères de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34 qui définissent dans la machine d’usinage 200, un repère de référence d’usinage correctif XYZ. Le système de vision repère ces trois repères de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34 dans le repère de référence d’usinage correctif XYZ pour en déduire position et orientation des pièces métalliques 10,10’ dans ledit repère de référence d’usinage correctif XYZ.

Ainsi, position et orientation des pièces métalliques 10,10’ sont parfaitement connues par rapport au repère de référence d’usinage correctif XYZ et peuvent être utilisées pour l’opération de correction.

Par exemple, dans un exemple illustré dans la Figure 16, la position et l’orientation d’une pièce de forme asymétrique peuvent être obtenues par la reconnaissance, dans le repère de référence de fabrication X1 Y1Z1 , des coordonnées des 4 points caractéristiques A, B, C, D. Deux points A, B définissent la dimension 2D maximale de la pièce, et deux autres points C, D définissent la dimension minimale de la pièce.

En cas de transfert, les repères de positionnement d’usinage correctif 30-32 peuvent avoir des distances différentes des repères de positionnement de fabrication 20-24. Aussi, les angles des axes virtuels a, a’ définis par les repères de positionnement d’usinage correctif 30-32 et des repères de positionnement de fabrication 20-24 peuvent être légèrement différents comme illustrés dans les Figures 14 et 15. Ceci peut avoir comme origine par exemple la contraction ou élongation ou torsion du film de transfert lors du transfert.

Aussi, les repères de positionnement d’usinage correctif 30-32 et les repères de positionnement de fabrication 20-24 ne doivent pas forcément être alignés selon des axes virtuels qui sont perpendiculaires. Fig.19 illustre un support de pièces ou les axes X1 et Y1 forment un angle [3 qui est différent de 90°.

La position relative des repères initiaux 20-24 peut alors être altérée, par exemple par une déformation du film de transfert. Le système de vision peut reconnaître la position relatives D30-32, D 30-34, D32-34 des repères transférés. En comparant les nouvelles distances relatives D30-32, D30-34, D32-34 avec les distances relatives initiales de fabrication D20-22, D20-24, D22-D24 le système peut reconnaître la déformation et apporter une correction aux valeurs de références des pièces à usiner. Il est supposé ici que le film se déforme d’une manière uniforme. Sinon il est possible de caractériser, selon les contraintes mécaniques, soit par des mesures, soit par une modélisation les déformations possibles et apporter des correction adéquates. Ceci est possible à réaliser car le même type de film serait utilisé pour le transfert de pièces.

S’il n’y a pas de transfert sur un support de pièces, le repère de référence d’usinage correctif est confondu avec le repère de référence de fabrication et les repères de positionnement d’usinage correctif sont confondus avec les repères de positionnement de fabrication.

Ainsi, dans tous les modes de réalisation, la position et orientation des pièces métalliques 10,10’ sont parfaitement connues par rapport au repère de référence d’usinage correctif XYZ et peuvent être utilisées pour l’opération de correction.

Afin de réaliser un système de mesure et d’usinage correctif plus fiable il est préféré de réaliser des repères de positionnement d'usinage correctif plus proche des pièces, comme illustré par les repères de proximité 40-47 dans la Figure 20.

Plus précisément, l’équipement d’usinage correctif comprend un système d’enregistrement d’au moins une géométrie cible et d’au moins une position x1 , y1 , z1 de référence prédéterminées propres à chaque pièce métallique 10, 10’ par rapport à un repère de référence de fabrication X1Y1Z1 , ledit système d’enregistrement desdites géométries cibles et desdites positions x1 , y1 , z1 étant agencé pour coopérer avec le système de pilotage desdits moyens d’usinage sans force, la position cible des pièces étant toujours définie dans le repère de référence de fabrication.

L’équipement d’usinage correctif comprend un système de vision 120 et une unité de calcul 130 permettant de reconnaître, dans le repère de référence d’usinage correctif XYZ, la géométrie 3D et le positionnement des pièces métalliques 10, 10’ réalisées préalablement par procédé LIGA et de déterminer une correction de la géométrie à apporter par rapport à la géométrie cible et à ladite position x1 , y1 , z1 de référence enregistrées, au moins l’unité de calcul 130 étant agencée pour coopérer avec le système de pilotage des moyens d’usinage sans force. Avantageusement un système d’éclairage 140 des pièces 10, 10’ ou d’une partie du support de pièces 2 est adapté dans l’équipement d’usinage, préférablement adapté au système de vision 120 comme illustré dans la Figure 4. Le système d’éclairage peut émettre un faisceau 142 UV, visible ou infrarouge qui peut être divergent, collimaté ou focalisé.

Ledit système de pilotage desdits moyens d’usinage sans force comprend un système de positionnement desdits moyens d’usinage sans force agencé pour, avant l’usinage correctif de chaque pièce métallique 10, 10’, déplacer et positionner lesdits moyens d’usinage sans force dans le repère de référence d’usinage correctif par rapport à ladite pièce métallique 10, 10’ à corriger et pour réaliser l’usinage correctif en fonction de ladite correction de la géométrie, de manière à obtenir ladite géométrie cible. Dans la Figure 4 ledit déplacement et positionnement des moyens d’usinage sans force dans un espace XYZ est illustré par les symboles AX, AY, AZ.

Dans un mode de réalisation préféré, illustré en Figure 3, les moyens d’usinage sans force comprennent un émetteur 100 agencé pour émettre une onde électromagnétique 110. Dans d’autres modes de réalisation, l’émetteur 100 est un émetteur de particules tels que des électrons, des protons ou des neutrons. Dans d’autres modes de réalisation, l’émetteur comprend un générateur d’un champ électrique et/ou magnétique, par exemple une bobine d’induction. Dans d’autres modes de réalisation, l’émetteur 100 est une pièce adaptée pour émettre un arc électrique. Bien entendu un émetteur peut comprendre au moins deux émetteurs de type différent.

Préférablement, l’émetteur 100 est configuré pour émettre une onde électromagnétique 110 ayant une longueur d’onde entre 150nm et 1 mm, préférablement entre 200nm et 15pm, encore plus préférablement entre 300nm et 5pm. Dans un mode de réalisation, l’émetteur 100 est un laser, préférablement pulsé, configuré pour émettre un faisceau laser 110. Les lasers de dernières générations à impulsions ultra-courtes permettent l’enlèvement contrôlé et précis de matière. La solution proposée combine l’usinage correctif par laser à ondes ultra-courtes sur des composants fabriqués au préalable par technologie LIGA.

Avantageusement ledit laser 100 peut être un laser femtoseconde, configuré pour émettre des impulsions ayant une durée de moins de 900 femtosecondes, préférablement moins de 400 femtosecondes. L’usinage d’une surface et/ou trou interne d’une pièce métallique par laser, de préférence un laser femtoseconde, est très rapide, et l’usinage peut se faire en environ 0.5 à 1 .5 secondes suivant les dimensions des ouvertures à réaliser. Des diamètres typiques d’ouvertures sont entre 0.05 mm et 2 mm.

Les durées d’impulsion typiques d’un laser pulsé 100 sont préférablement entre 1000 fs et 40 fs.

De préférence, un émetteur 100 peut émettre dans l’infrarouge avec une longueur d’onde comprise entre 800 nm et 1100 nm, idéalement 1030 nm, ou dans le vert avec une longueur d’onde comprise entre 500 nm et 540 nm idéalement 515 nm, ou dans le bleu avec une longueur d’onde comprise entre 400 nm et 480 nm ou dans l’ultraviolet avec une longueur d’onde inférieure à 400 nm idéalement 343 nm.

Avantageusement l’émetteur 100 est un laser femtoseconde émettant un faisceau UV, vert ou infrarouge. Un laser femtoseconde UV à 343 nm et un laser femtoseconde vert à 515 nm peut atteindre, sur des pièces métalliques, une rugosité de moins que 50 nm. Dans le cas d’un laser IR émettant un faisceau d’une longueur d’onde de 1030nm, une rugosité typique est de 100 nm ou meilleure.

Dans des modes de réalisation l'énergie maximale par puise laser est avantageusement proche de 2 mJ.

La puissance du laser est typiquement de 20 W, mais doit être adaptée en fonction du matériau des pièces métalliques 10, 10’.

Un des avantages de la fabrication de microstructures par photolithographie et électroformage est de pouvoir fabriquer sur un même substrat de base un nombre important de pièces.

Les retouches peuvent donc se faire lorsque les pièces métalliques 10, 10’ sont encore toutes positionnées sur le support de pièces 2 dans la même configuration qu’elles avaient sur le substrat 1 lors du procédé LIGA. Comme les pièces sont positionnées sur ledit support de pièces 2 de manière identique à la configuration du substrat 1 , il n’y a pas besoin de système d’alimentation et d’orientation des pièces métalliques 10, 10’. Un système de déplacement dans le plan X-Y pour le support de pièces 2 ou pour l’émetteur 100 suffit pour pouvoir travailler un grand nombre de pièces métalliques 10, 10’.

Un autre avantage de ce procédé de fabrication est que le positionnement de chaque pièce 10, 10’ sur le support de pièces 2 est parfaitement connu. Ceci n’est pas essentiel pour l’équipement d’usinage correctif et le procédé de l’invention, mais peut être avantageusement mis en œuvre dans un mode de réalisation. Par exemple, le positionnement de chaque pièce 10, 10’, de chaque trou dans des pièces , peut être référencé. De préférence, le support de pièces 2 est un support flexible. Le transfert des pièces du substrat 1 sur lequel on réalise les pièces 10, 10’ par LIGA sur un support de pièces 2 est illustré en Figure 1 et décrit plus en détails dans le paragraphe relatif au procédé de l’invention.

On peut donc préférablement se baser sur ce positionnement pour centrer parfaitement la retouche par l’émetteur 100 après une mesure optique de la localisation du trou, par exemple. La retouche par micro-usinage par l’émetteur 100 est alors facilitée, car les positions des pièces métalliques 10, 10’ sont parfaitement connues. Afin d’éviter des temps d’usinage élevés le ré-usinage ne sera effectué que pour amener les géométries dans les bonnes dimensions. La géométrie (le diamètre dans le cadre d’un trou, par exemple), sera ébauchée par la technologie LIGA. Le réusinage laser ne sera utilisé que pour terminer les dimensions du trou sur les derniers microns et obtenir la verticalité et la précision demandées.

Le principe du ré-usinage est illustré dans les Figures 5 à 8. La Figure 5 illustre une pièce métallique 10 qui comprend un trou 12 dont au moins une section verticale n’a pas un diamètre uniforme et dont le diamètre moyen D0 n’a pas la bonne valeur. Un faisceau laser 110 est déplacé (Figure 6) à l’endroit prédéterminé permettant de corriger (Figure 7) le diamètre du trou à sa valeur D1 désirée (Figure 8).

Dans un mode de réalisation, illustré en Figure 4, l’équipement d’usinage correctif comprend un système de chargement/déchargement 300 de supports de pièces 2.

Repères de positionnement

Dans un mode de réalisation au moins un repère de positionnement d’usinage correctif est prévu sur ledit support 2 de pièces métalliques 10, 10’.

Ces repères de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34 sont reconnus par le système de vision dans le repère de référence d’usinage correctif XYZ de la machine d’usinage. Chaque repère de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34 est en lien avec un repère de positionnement de fabrication 20, 22, 24 à partir duquel est définie la position x1 , y1 , z1 de référence de chaque pièce 10, 10’ dans le repère de référence de fabrication X1Y1Z1. Le terme « en lien » signifie par exemple que les repères de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34 sont obtenus sur le support de pièces 2 par transfert à l’identique des repères de positionnement de fabrication 20, 22, 24 prévus sur la plaquette 1 .

La figure 13 illustre un substrat en forme de plaquette 1 comprenant plusieurs repères de positionnement de fabrication 20, 22, 24, 26 .

La figure 20 illustre des repères de positionnement d’usinage correctif 40, 41 , 42, 43, 44, 45, 46, 47 qui proviennent d’un transfert de repères de positionnement de fabrication correspondants prévus sur la plaquette 1 . De manière avantageuse, ces repères de positionnement d’usinage correctif 40, 41 , 42, 43, 44, 45, 46, 47 sont situés en proximité des pièces 10, 10’, 10”, 10’” qui sont à corriger.

Le repère de positionnement d’usinage correctif ne doit pas nécessairement se trouver sur ledit support de pièces 2. Effectivement, dans un autre mode de réalisation le repère de positionnement d’usinage correctif est prévu sur la machine d’usinage 200.

Dans une variante avantageuse, le repère de positionnement d’usinage correctif est au moins une marque d’alignement réalisée sur une surface dudit support 2 de pièces métalliques 10, 10’. Le repère de positionnement d’usinage correctif peut par exemple être constitué d’un ou plusieurs motifs d’alignement, par exemple des motifs en forme de croix.

Dans une variante, le repère de positionnement d’usinage correctif est au moins une marque d’alignement réalisée sur une surface dudit support de pièces 2, à proximité de chaque pièce 10,10’. Dans une variante, chaque pièce métallique 10, 10’, 10”, 10’” a son propre repère positionnement d’usinage correctif à sa proximité.

Dans une variante, le repère de positionnement d’usinage correctif est un élément de la pièce métallique 10, 10’. Comme ci-dessus, il est reconnu par le système de vision dans le repère de référence d’usinage correctif XYZ. Il est à noter que dans le cas de pièces 10, 10’ de forme symétriques, comme des cylindres, il suffit de connaître les coordonnées x1 , y1 , z1 des pièces sur la plaquette de fabrication 1 dans le repère de référence de fabrication X1Y1Z1 .

Dans le cas de pièces de forme asymétrique, il faut également connaître l’orientation. Dans certains cas illustrés en Figure 16 et 17, il suffit de connaître les coordonnées x1 , y1 , z1 de 4 points caractéristiques A, B, C, D des pièces 10, 10’ dans le repère de référence de fabrication X1Y1Z1 sans avoir besoin d’un enregistrement de tout le pourtour de la pièce. En cas de transfert sur un support de pièces 2 dans le repère de référence d’usinage correctif XYZ, comme illustré dans la Figure 17, la connaissance des coordonnées x, y, z des points caractéristiques transférés A’, B’, C’, D’ aident à assurer une vitesse d’usinage rapide.

Bien entendu l’équipement et le procédé de l’invention peuvent mettre en œuvre des repères de positionnement d’usinage correctif différents, par exemple au moins un repère sur le support de pièces et au moins un repère sur un cadre qui tient le support de pièces.

Système(s) de vision

Dans un mode de réalisation le système de vision 120 est agencé pour réaliser une mesure de géométrie 3D et de positionnement avec une précision inférieure à 10 pm, de préférence inférieure à 5 pm, plus préférentiellement inférieure à 2 pm, dans au moins un des 3 axes X, Y, Z.

Préférablement le système de vision 120 comprend :

- un capteur CCD

- une optique télé centrique

- un éclairage télé centrique

- au moins un moyen de calibration

Le système de vision 120 comprend préférablement aussi des moyens de traitement d’images adaptées. Par exemple le système de vision et de reconnaissance peut comprendre des moyens de traitement d’image qui tient compte des effets de diffraction rencontrés lors de la résolution optique des caractéristiques et petites dimensions.

Un système de vision, comprenant des moyens de compensation des effets de diffraction permet d’atteindre des précisions de mesure et de répétitivité de ±0.2 um.

Avantageusement, la focalisation et les mouvements 3D du faisceau 110 sont réalisés par un bloc optique, par exemple un bloc optique qui peut comprendre un système d’adaptation de la forme d’un faisceau laser et une orientation de 3, 4 ou 5 axes dans l’espace. Par exemple, la focalisation du faisceau laser peut être adaptée pendant l’opération de la correction des pièces métalliques 10, 10’.

Dans un mode de réalisation avantageux et préféré, le dispositif de mesure de la position est adapté au système de positionnement d’un laser 100. Dans ce cas le dispositif de mesure de la position x-y-z des pièces métalliques 10, 10’ comprend un système de vision optique 120 qui est préférablement fixé audit laser 100, comme illustré dans la Figure 4. La figure 4 illustre un exemple d’un arrangement d’un tel système de vision 120 comprenant un capteur d’image adapté pour former des images dans un plan horizontal X-Y et de préférence un système d’illumination 140 adapté pour émettre un faisceau d’illumination 142. Le système de mesure de position x-y-z peut comprendre avantageusement un système pour déterminer la position verticale z des pièces métalliques 10, 10’. Avantageusement un tel système de mesure de la position verticale est un système optique comprenant un système dynamique de focalisation dans la direction verticale Z. Il est entendu que le système de visualisation en 2D peut être agencé afin de faire des mesures 2D selon différentes positions verticales prédéterminés. Par exemple, différentes images 2D peuvent être prises pour différentes positions z. Le système peut être adapté aussi afin d’assurer des images 2D pour une certaine position verticale. Par exemple, le système de vision peut être déplacé en direction verticale de telle façon à visualiser une surface prédéterminée, par exemple la face supérieure ou la face arrière des pièces métalliques 10, 10’. Ceci permet d’augmenter la précision de la mesure 3D x-y-z des pièces métalliques 10, 10’.

D’une manière avantageuse, le dispositif de mesure de la position x-y-z est agencé pour réaliser une mesure avec une précision inférieure à 20 pm, de préférence 10 pm, plus préférentiellement 5 pm, et préférablement inférieure à 2 pm, dans les 3 axes X, Y, Z.

Autres modes de réalisation

Dans une variante d’exécution les moyens d’usinage sans force comprennent un émetteur et ledit système de positionnement comprend un système d’orientation à 5 axes, agencé pour coopérer avec le système de pilotage dudit émetteur 100. Ceci permet d’orienter le faisceau d’usinage 110 émis dans les 3 dimensions X,Y,Z. Dans une variante l’émetteur 100 est un laser et le système d’orientation comprend un système optique afin de pouvoir orienter dans l’espace le faisceau 110 émis.

Dans des variantes de l’invention, ledit système de pilotage des moyens d’usinage sans force peut être agencé pour usiner au moins une portion des pièces métalliques 10, 10’ selon différentes étapes d’usinage. Par exemple, une partie des pièces 10, 10’ fixées sur ledit support de pièces 2 nécessiterait d’avoir une hauteur, définie dans l’axe Z, réduite de 3pm et une autre partie des pièces 10, 10’ nécessiterait une correction de la hauteur de seulement 1 pm.

Avantageusement, un support de pièces 2 est agencé pour recevoir plus de 10, de préférence plus de 100, de préférence plus de 1000, préférablement plus de 5000 pièces métalliques 10, 10’, et ladite machine d’usinage 200 peut être adaptée pour pouvoir usiner au moins 5000 pièces en moins de 10000 secondes.

Dans un mode de réalisation, pas illustré dans les Figures, la machine d’usinage 200 comprend un système pour libérer, après leur usinage, au moins une partie des pièces métalliques 10, 10’ de leur support 2.

D’une manière particulièrement avantageuse, la machine d’usinage 200 comprend un programme d’usinage pour usiner un nombre prédéterminé de ladite pluralité de pièces métalliques 10, 10’. Dans des variantes, le programme d’usinage peut rendre possible l’usinage de deux ensembles de pièces métalliques 10, 10’ par deux lasers différents de la machine d’usinage 200 ou peut permettre d’usiner deux ensembles de pièces par deux modes d’opération différents d’un émetteur tel qu’un laser pulsé. Ces modes d’opérations différents peuvent consister dans l’utilisation d’énergies ou de puissances différentes, et/ou par un ajustement de l’ouverture numérique du faisceau laser.

Dans une variante d’exécution, la machine d’usinage 200 comprend un programme d’usinage pour usiner au moins une portion des pièces métalliques 10, 10’ selon différentes étapes d’usinage. Par exemple, chaque pièce peut être traitée pour la réalisation d’un trou, suivie par une opération de traitement d’un bord ou d’une circonférence de la pièce métallique 10, 10’.

Dans un mode de réalisation, la machine d’usinage de l’invention 200 peut comprendre au moins deux lasers qui produisent des faisceaux non parallèles. Par exemple, un premier laser femtoseconde peut être adapté pour réaliser des ouvertures et un autre laser peut être utilisé pour produire un faisceau qui n’est pas parallèle au faisceau du premier laser.

Avantageusement , la machine d’usinage 200 de l’invention peut comprendre au moins une optique multifaisceaux, adaptée pour réaliser des usinages simultanés de plusieurs pièces en même temps.

Procédé

L’invention concerne aussi un procédé d’usinage correctif de pièces métalliques de microtechnique réalisées préalablement par un procédé LIGA, ledit procédé comprenant les différentes étapes (A-F) consistant à :

A : fournir sur un support de pièces 2 des pièces métalliques 10, 10’ réalisées préalablement par un procédé LIGA ; B : se munir de l’équipement d’usinage correctif , comme décrit, et insérer au moins un dudit support de pièces 2 dans ladite machine d’usinage 200;

C : enregistrer, dans un repère de référence de fabrication X1Y1Z1 utilisé lors de la réalisation des pièces métalliques 10, 10’ par le procédé LIGA, une géométrie cible et au moins une position x1 , y1 , z1 de référence prédéterminées propres à chaque pièce métallique 10, 10’ positionnée sur ledit support de pièces 2;

D : reconnaître, dans au moins un repère de référence d’usinage correctif XYZ, en lien avec le repère de référence de fabrication X1 Y1Z1 , la géométrie 3D et le positionnement des pièces métalliques 10, 10’, réalisées préalablement par LIGA, et déterminer une correction de la géométrie à apporter par rapport à ladite géométrie cible et à ladite position x1 , y1 , z1 de référence enregistrées à l’aide dudit système de vision 120 et de ladite unité de calcul 130;

E : exécuter des étapes d’usinages correctifs desdites pièces métalliques 10, 10’ par lesdits moyens d’usinage sans force qui sont, avant l’usinage correctif de chaque pièce métallique 10, 10’ déplacés et positionnés dans le repère de référence d’usinage correctif XYZ par rapport à ladite pièce métallique 10, 10’ à corriger, et pour réaliser l’usinage correctif en fonction de ladite correction de la géométrie déterminée à l’étape D, de manière à obtenir ladite géométrie cible ;

F: libérer au moins une desdites pièces métalliques 10, 10’ de son support 2.

Dans un autre mode de réalisation, lors de ladite étape A, le support de pièces 2 est remplacé par la plaquette de fabrication 1 comprenant les pièces métalliques à corriger. Dans ce cas, les repères de référence d’usinage correctif et de fabrication sont confondus, et les repères de positionnement d’usinage correctif et de fabrication sont confondus également.

Dans un mode d’exécution avantageux, le repère de positionnement de l’usinage correctif prévu sur ledit support 2 a été transféré à partir du substrat 1 dans lequel ont été réalisées les pièces métalliques 10, 10’ par le procédé LIGA à partir d’un repère de positionnement de fabrication.

Dans ce mode de réalisation, le repère de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34, 40-47 est prévu sur ledit support 2 et reconnu par le système de vision dans le repère de référence d’usinage correctif XYZ, ledit repère de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34, 40-47 étant en lien avec au moins un repère de positionnement de fabrication 20, 22, 24, 26 à partir duquel est définie la position x1 , y1 , z1 de référence de chaque pièce dans le repère de référence de fabrication X1Y1Z1 .

Dans un mode de réalisation, le repère de positionnement d’usinage correctif 30, 32, 34, 41 -47 a été transféré du repère de positionnement de fabrication 20, 22, 24, 26 prévu sur le substrat 1 dans lequel ont été réalisées les pièces métalliques 10, 10’ par le procédé LIGA.

Une fois les pièces métalliques 10, 10’ chargées et référencées sur la table X-Y- Z de la machine d’usinage 200, la cadence d’usinage correctif des pièces métalliques 10, 10’ agencées sur un support de pièces 2 est dictée par le temps d’usinage correctif, par exemple par le temps d’usinage correctif du trou - typiquement 0.5 à 1 .5 sec - plus le temps de déplacement de la table d’une pièces métallique 10, 10’ à l’autre. Le temps d’usinage correctif est typiquement de 0.3 à 1 seconde suivant la taille et l’écart entre chaque pièce métallique 10, 10’. Pour des pièces 10, 10’ de 0.9 mm de diamètre extérieur, plus de 8’000 pièces métalliques 10, 10’ peuvent être arrangées sur un support rond de 150 mm de diamètre. Le chargement et déchargement des supports de pièces 2 est extrêmement aisé, et même s’il n’est pas rapide, le temps est divisé par le nombre de pièces 10, 10’ par support 2. Un système de chargement automatique de supports de pièces 2 permet de faire fonctionner la machine d’usinage de façon complètement autonome pendant de très longues périodes, malgré un temps de cycle d’usinage correctif des pièces qui est typiquement d’environ 1 seconde.

Dans un exemple typique, le système de vision 120 procède par la prise de vue de chacune des pièces métalliques 10, 10’ individuellement. Dans un exemple avantageux, afin de reconstituer la position x-y-z de toutes les pièces métalliques 10, 10’, le système de vision 120 procède par la prise de vue successive de 10 à 15 pièces métalliques. Dans une variante du procédé, lors de l’étape E, le positionnement du moyen d’usinage sans force 100, relatif auxdites pièces métalliques 10, 10’, se fait par un déplacement dans un plan X-Y ou dans l’espace X--Z dudit moyen d’usinage sans force 100.

Dans une autre variante, lors de l’étape E, le positionnement du moyen d’usinage sans force relatif auxdites pièces métalliques 10, 10’ se fait par un déplacement dudit support de pièces 2.

Il est aussi possible que, lors de l’étape E, le positionnement du moyen d’usinage sans force se fasse par un déplacement dudit émetteur 100 et aussi dudit support de pièces 2. Ces deux déplacements ne doivent pas forcément être simultanés. Dans un mode de réalisation, l’étape D de reconnaissance de la géométrie et de la position des pièces métalliques 10, 10’ est réalisée successivement pour toutes les pièces métalliques 10, 10’ juste avant leur usinage.

Dans une variante, au moins une étape de nettoyage des pièces 10, 10’ est effectuée entre deux cycles d’usinage correctif des pièces métalliques 10, 10’.

Dans un mode d’exécution, l’étape E d’usinage correctif comprend au moins la correction d’une ouverture 10a, 10b, 10c, 12 dans au moins une de ladite pluralité de pièces métalliques 10, 10’.

Les supports de pièces 2 peuvent être de toutes les formes, typiquement rectangulaires, carrées ou circulaires. De façon préférentielle, le support est un film flexible réalisé dans un polymère. Dans ce cas le film est tenu dans un cadre comme support. Le support est par exemple un film adhésif communément utilisé dans l’industrie microélectronique et connu sous le nom du terme anglais « tape ». Ce type de film est utilisé dans cette industrie pour permettre le sciage, l’usinage ou l’amincissement des wafers, par exemple.

Le support de pièces 2 peut être un support transparent en verre, par exemple fait en verre borosilicate. Le support de pièces 2 peut être une plaquette, appelée couramment wafer en anglais, en matériau semiconducteur, en alliage métallique, en matériau céramique ou autre matériau.

Dans un mode de réalisation, le support de pièces 2 peut être une combinaison des supports décrits ci-dessus.

Si le support de pièces 2 est un film en polymère, l’usinage des pièces 10,10’ peut être accompagné d’un perçage du support 2. Par exemple, lors d’un élargissement d’un trou, un laser peut percer le support de pièces 2 et ainsi plus facilement évacuer le métal enlevé des pièces 10, 10’.

Si le support de pièces 2 est fait en un matériau dur et comprenant un film d’adhérence, les supports de pièces 2 peuvent être percés. En utilisant des supports de pièces 2 qui sont percés, avec des ouvertures prévues à chaque position destinée à positionner les pièces métalliques 10, 10’, on permet de faciliter l’usinage correctif des pièces ainsi que leur libération. Effectivement, lors de l’usinage correctif des pièces (étape E du procédé décrit) le fait d’avoir une ouverture sous chaque pièce métallique permet de facilement traverser le film adhérent du support de pièces 2 qui sera percé, formant une ouverture dans le film adhérent. Ainsi, le matériau de la pièce métallique 10, 10’ ainsi que celui du film adhérent peuvent être évacués à travers l’ouverture du support dur de pièces 2 qui se trouve sous la pièce métallique 10, 10’. Cette évacuation peut se faire par aspiration ou par un système de pressurisation. Ledit film d’adhérence permet d’assurer aussi que les pièces métalliques ne puissent pas se déplacer ou vibrer lors de l’usinage par le laser. Un simple posage de pièces ne pourrait pas être utilisé lors d’un transfert sur un support de pièces.

Dans des variantes, ledit film d’adhérence peut être une couche semi-adhérente ou adhérente telle qu’une bande à collage double face, par exemple un film en polymère, qui est fixée sur un support de pièces 2. Certains types de films adhérents utilisés en microtechnique permettent d’assurer une force d’adhérence sans devoir utiliser des colles. Ces films sont couramment appelés « blue tapes » et connus par l’homme du métier en microtechnique.

Avantageusement l’adhérence d’un film de transfert est typiquement entre 0.50 et 4.50 N/25mm

Dans des modes de réalisation la transmission , pour des longueurs d’onde entre 400nm et 3pm est au moins 25%, préférablement au moins 50% et plus préférablement au moins 75%.

Dans des modes de réalisation l’épaisseur du dit film de transfert est entre 0.80 et 1 .25 mm.

Dans des modes de réalisation la variation de l’épaisseur dudit film de transfert est moins que 10% de son épaisseur, préférablement moins que 5% de son épaisseur, l’épaisseur étant défini comme l’épaisseur moyenne dudit film de transfert.

Dans un mode de réalisation, l’usinage peut se faire également en dirigeant le laser depuis le côté opposé des pièces qui sont arrangées sur le support de pièces 2.

Dans un mode de réalisation des ouvertures peuvent être prévues dans le film d’adhérence sous chaque pièce.

Avantageusement, dans une variante, un système d’usinage sans force, utilisant un laser 100, peut comprendre une optique délivrant plus qu’un faisceau laser, typiquement 2, 4, 9, 16 ou plus de faisceaux. Ceci permet l’usinage simultané de plusieurs pièces métalliques 10, 10’ en même temps.

Il est compris que les faisceaux multiples sont de forme Gaussiens, mais peuvent avoir modifications d’ouverture numérique et distance de travail dues à l’élément d’optique diffractive -DOE- selon la fonction désirée du faisceau optique qui est dirigé sur la pièce à usiner. Il est ici référé à la publication suivante: https://www.pulsar-photonics.de/en/optical-modules/multibeam scanner-mbs/

Avec un élément optique adapté, il est possible de réaliser presque n'importe quelle correction de pièces 10, 10’ assurant une grande homogénéité et une efficacité globale élevée. En combinant un système multifaisceaux avec au moins un scanner galvanométrique, il est possible de générer un grand nombre de points de traitement dans le plan de traitement, qui sont déplacés simultanément sur la pièce métallique 10, 10’ par ledit scanner.

La société Pulsar Photonics par exemple, dont référence est trouvée sous le site internet https://www.pulsar-photonics.de/, offre une solution d’un balayeur multi- faisceau pour le traitement multifaisceaux laser. Un tel système comprend au moins un balayeur de faisceau basé sur un système galvano. Une division de faisceau sélectionnable avec un module multifaisceau génère un arrangement de faisceau fixe dans le plan de travail du système de balayage. Cette approche permet de multiplier la vitesse du processus dans la production de structures périodiques.

Grâce à un séparateur de faisceau diffractif, la puissance du système laser peut être divisée en jusqu'à 100 faisceaux partiels et plus. Des distributions typiques des faisceaux peuvent être, sans limitation: 2x2, 4x4, 8 x8, où n x m ou n et m sont des nombres différents. Il est compris que les faisceaux lasers peuvent être différents, par exemple ils peuvent avoir une focale différente.

L’utilisation d’un système multifaisceaux permet de réaliser une production parallèle efficace de structures identiques en une seule étape.

Il est ainsi possible de surmonter les limitations de puissance, essentiellement d'origine physique, de nombreux procédés "ultra short puise" et d'augmenter ainsi considérablement l'efficacité des procédés.

Les domaines d'application sont le perçage, le traitement parallèle de plusieurs composants ou la parallélisation générale des processus.

La libération des pièces métalliques 10, 10’, fixées au support de pièces 2 peut se faire de diverses manières, par exemple par des solvants ou via traitement thermique ou exposition UV. Une exposition à des radiations peut, par exemple, provoquer la libération de gaz aux interfaces de collage. La libération peut aussi se faire par exposition à de la chaleur ou des flashes de radiations infrarouges. Ladite radiation UV et/ou infrarouge peut être réalisée par des sources de puissances pulsées.

Dans des variantes, l’étape F de libération des pièces peut se faire de diverses manières :

- par application de vibration et/ou de chocs ;

- par raclage mécanique ;

- par l’utilisation d’un bras ou robot de « pick and place » ;

- par voie liquide et/ou ultrasonique ;

- par soufflage par de l’air ou autre gaz. Technique de transfert sur le support de pièces 2 après procédé LIGA

La technique du transfert des pièces 10,10’ réalisées par procédé LIGA sur un support de pièces 2 est maintenant décrite en détail et il est référé pour cela à la Figure 1.

L'avantage de la technique LIGA est de réaliser des microcomposants métalliques d'une très grande précision en X et Y et avec une épaisseur allant jusqu'à plusieurs millimètres. Il est également possible d'appliquer le procédé en plusieurs étapes pour obtenir un microcomposant à plusieurs niveaux, chaque niveau étant construit sur le précédent.

Le positionnement des pièces métalliques 10, 10’ les unes par rapport aux autres ainsi que par rapport à des marques de référence est connu, car les pièces restent durant tout le process dans la même position que leur position d’origine sur le wafer.

La plaquette 1 , aussi définie comme substrat, est généralement une plaque- support de verre, de métal ou de silicium sur laquelle est déposée une couche conductrice réalisée par une évaporation de chrome et d’or, par exemple. Dans le cas où le substrat est naturellement conducteur, il n’est pas nécessaire de déposer une couche conductrice. Pour la suite de la description, le « substrat conducteur » est donc soit le substrat naturellement conducteur, soit le substrat avec une couche conductrice à sa surface. Sur le substrat conducteur est déposée une couche de résine photosensible de préférence de type négatif sensible aux rayons ultraviolets UV appelée ci-après « photoresist », typiquement de la famille du SU-8 de MicroChem Corporation. Il est également possible d’utiliser de la résine photosensible sèche, c’est- à-dire sans solvant ou avec des taux de solvant très faible. Alternativement, le photoresist pourrait être de type positif.

Cette couche de photoresist est polymérisée après irradiation sélective. Dans le cas particulier d’un photoresist de type négatif, les parties irradiées sont polymérisées tandis que les parties non irradiées ne sont pas polymérisées. Si nécessaire un aplanissage de la couche de photoresist est réalisé avant irradiation.

Une fois développé, c’est-à-dire après élimination des parties de photoresist non-polymérisées, on obtient un moule 3 en photoresist. Ce moule 3 est illustré à la figure 1 , étape 1 a et les parties de photoresist éliminées laissent apparaître des cavités. Sur un moule à un niveau, ces cavités laissent apparaître le substrat conducteur 1 .

L'étape suivante consiste à remplir le moule 3 en photoresist selon une opération d'électroformage, la conductivité du substrat conducteur 1 permet un dépôt métallique dans les cavités du moule 3 et lorsque le niveau défini par la couche polymérisée du moule 3 est atteint, la métallisation est interrompue. On constate sur la figure de l’étape 1 b, un léger débordement de la partie métallique 5. Il est d’usage, mais non nécessaire, de prolonger l’électroformage une fois le niveau supérieur du moule 3 atteint pour s’assurer que toutes les cavités soient remplies. La figure 1 b illustre l'état dans lequel l'ensemble se trouve à la fin de ces opérations. La couche métallique électro formée forme une pluralité de portions métalliques 5 liées entre elles par le moule en photoresist 3 et solidaire du substrat conducteur 1 .

Dans cette description, on appelle "face externe" la face des pièces métalliques correspondant au côté libre de la métallisation par électroformage. La "face interne" est celle qui, lors de la métallisation, est en contact avec le substrat conducteur 1 . La métallisation par électroformage crée de portions métalliques 5 avec une face externe brute 5a et une face interne brute 5b. On les appelle "brute" car directement résultant de l’électroformage soit non usinée ou polie.

Une première étape d'usinage est effectuée sur la face externe brute 5a des micropièces pour obtenir la face externe usinée 5c des portions métalliques 5 dans un état souhaité. Les flancs des portions métalliques 5 correspondent à la partie verticale des portions métalliques 5 en contact avec le moule 3 lors de la phase d’électroformage. La hauteur des portions métalliques 5, est à ce stade approximative. Le résultat est illustré à l’étape 1 c permettant de voir la face externe usinée 5c des portions métalliques 5.

L'étape suivante consiste à éliminer le moule 3 en résine photosensible par attaque chimique. Il subsistera le substrat conducteur 1 solidaire avec la pluralité de portions métalliques, comme illustré à l’étape 1 d.

L'étape suivante est l'application d’une résine liante 4. Cette résine va couvrir la face externe usinée 5c et les flancs des portions métalliques 5 et remplir les cavités laissées libres par l’élimination du moule 3 c’est-à-dire être en contact avec le substrat conducteur 1 . Cette résine liante 4 va également dépasser la hauteur des portions métalliques comme illustré à l’étape 1 e.

Vient ensuite la préparation de l'ensemble par l'abaissement et l'aplanissement de la résine liante 4 pour former une surface de référence 4’ plane et parallèle au substrat conducteur 1. Le résultat est illustré à l’étape 1f. Il est à noter que l’abaissement de la résine liante 4 se fait de sorte que la face externe usinée 5c des portions métalliques 5 reste recouverte de résine liante 4. Cet ensemble est libéré du substrat conducteur 1 par usinage de ce dernier ou toute autre méthode de libération du substrat conducteur 1. L'ensemble des portions métalliques 5 et la résine liante 4 forme un tout rigide. Le résultat est illustré à la figure 1 g.

Ladite résine liante 4 peut être, par exemple, une colle thermofusible à base de gomme-laque naturelle et d’une charge minérale qui peut être sous forme de poudre ou en morceau. Le produit ciment B67 ou MelBo325 de Stettler Sapphire (ref. internet : https://www.stettlersapphire.ch/index.php/fr/) , par exemple, peut être utilisé.

Durant la même opération d’usinage du substrat conducteur 1 , ou une opération distincte, la face interne brute 5b des portions métalliques est usinée pour obtenir la face interne usinée 5d. L’opération d'usinage va réduire la hauteur de l'ensemble jusqu'à ce qu’une hauteur souhaitée des pièces métalliques 10, 10’ à réaliser soit atteinte. Le résultat est visible à l’étape 1 h de la figure 1 .

Un film de transfert, qui est le support de pièces 2, est appliqué sur la face interne usinée 5d des portions métalliques 5 (voir étape 1 i). Une fois le film de transfert 2 en place, la résine liante 4 peut être éliminée par dissolution par exemple. Ainsi les portions métalliques 5 forment les pièces métalliques 10, 10’ qui subiront par la suite une correction de dimensions ou de forme selon le procédé de l’usinage sans force telle que décrite dans le présent document. Les pièces métalliques 10, 10’ sont liées entre elles par le film de transfert faisant office de support de pièce 2 (voir étape 1j , Figure 1 ). Les pièces métalliques 10, 10’ se retrouvent ainsi dans la même position dans le plan X-Y que lors de la fabrication du moule en photoresist ainsi que toutes les autres étapes dans lesquelles le substrat 1 était présent.

Il est compris également que l’équipement d’usinage sans force peut être adapté pour réaliser un premier cycle d’usinage correctif et que les pièces métalliques 10, 10’ soient finies par un autre procédé comme un procédé mécanique ou chimique. Par exemple, des pièces métalliques 10, 10’ percées peuvent être traitées à l’intérieur ou en dehors de la machine d’usinage 200 afin de les nettoyer ou pour un traitement de lissage par plasma exécuté sur toutes les pièces 10, 10’ sur un support de pièces 2. Il est compris également que, dans un mode de réalisation, la machine d’usinage 200 peut comprendre des moyens pour déposer un revêtement (coating) sur les pièces 10, 10’ avant ou après leur usinage.

Dans un mode de réalisation avantageux, toutes les pièces 10, 10’ peuvent subir une première étape d’usinage correctif qui peut être une étape de préparation de la surface exécutée par exemple par ledit laser à impulsion femtosecondes. Dans une variante, l’ensemble des pièces métalliques 10, 10’ peut subir une étape de nettoyage et/ou dépôt d’une couche.

Déposer une couche avant l’usinage correctif par le laser femtoseconde permet de mieux délimiter la zone d’usinage correctif. Cette couche peut être enlevée après le procédé d’usinage correctif.

Il est compris que les conditions d’usinage correctif peuvent être adaptées selon l’emplacement (c.à.d. tiroir) d’un système de cassettes 300 de l’équipement d’usinage correctif de l’invention. Ainsi, un premier tiroir peut comprendre un support 2 avec des pièces 10, 10’ dans lesquelles il faut corriger un trou et un autre tiroir peut comprendre un autre support avec des pièces dont la surface doit être corrigée ou sur laquelle une forme prédéterminée doit être exécutée.

Dans un mode de réalisation, le support de pièces 2 dans un tiroir d’un système à cassettes 300 peut subir plusieurs cycles d’usinage correctif. Par exemple, lors d’un premier cycle toutes les pièces 10, 10’ sont traitées pour corriger un trou et lors d’un deuxième chargement de supports de pièces 2 dans la machine d’usinage 200, tous les supports de pièces 2 peuvent être repassés dans la machine d’usinage afin de corriger par exemple un bord des pièces 10, 10’.

Dans un mode de réalisation, lors d’au moins un deuxième cycle d’usinage, au moins un autre type de laser peut être utilisé. Ce laser peut être un autre laser femtoseconde.

Selon l’application il est compris que les pièces 10, 10’ ne doivent pas forcément être agencées d’une manière homogène sur leur support de pièces 2. Par exemple, les pièces métalliques 10, 10’ peuvent être agencées selon un arrangement en forme de disque ou rectangle.

Dans un mode de réalisation les pièces 10, 10’ peuvent être fixées des deux côtés d’un support de pièces 2, par exemple par collage temporaire. Un agencement double face (pas illustré dans les Figures) permet d’augmenter, par exemple d’un facteur 2, la vitesse d’usinage correctif par la machine d’usinage 200 de l’invention. Il est entendu qu’un système d’inspection peut être utilisé pour suivre les dimensions des pièces corrigées et pour adapter les paramètres d’usinage correctif de la machine laser afin de permettre une production autonome et plus précise.

Pièces métalliques réalisées

Il n’y a aucune limitation de forme ou de dimension 3D des pièces métalliques 10, 10’ réalisées par l’équipement et le procédé de l’invention.

Les pièces métalliques 10, 10’ sont typiquement de dimension millimétrique ou micrométrique. L’usinage par laser femtoseconde permet des précisions d’usinage très élevées, typiquement plus petites que ±1 pm. Les rugosités de surface en mode découpe peuvent atteindre des rugosités de 50nm ou inférieure.

Dans un mode de réalisation une pièce de microtechnique métallique 10, 10’, est obtenue par le procédé décrit et comprend au moins une portion qui présente, entre les dimensions de la pièce corrigée et de la géométrie cible, un écart inférieur à 2 pm, préférablement inférieur à 1 .5 pm.

Dans un autre mode de réalisation au moins deux surfaces de ladite pièce de microtechnique métallique 10, 10’ ont été corrigées avec le procédé selon l’invention.

Les Figures 9-12 illustrent des pièces métalliques réalisées par l’équipement de correction de pièces et le procédé selon l’invention.

La Figure 9 représente une pièce métallique 10 comprenant des structures faites dans 3 plans différents P1 , P2, P3 et comprenant des ouvertures 10a, 10b, 10c.

La figure 10 montre une ancre d’horlogerie réalisée selon le procédé de l’invention.

La figure 11 montre une roue dentée d’horlogerie réalisée selon le procédé de l’invention.

La figure 12 montre une pièce de connectique réalisée selon le procédé de l’invention. La pièce 10 illustrée en Figure 12 peut comprendre au moins une surface 10e, 10d qui a été corrigée avec le procédé et l’équipement d’usinage selon l’invention.

Exemple d’application et d’une configuration d’un équipement d’usinage correctif de pièces métalliques (10, 10’) de microtechnique selon l’invention.

L’exemple suivant montre un cas d’application avec des pièces métalliques 10, 10’ sur des supports de pièces 2 ayant un diamètre 150 mm. Pour des pièces 10, 10’ ayant un diamètre de 0.9 mm, on peut réaliser environ 8’000 pièces sur un support de pièces 2 qui est préférablement une plaquette et atteindre des cadences d’usinage correctif d’environ 1 seconde, c’est-à-dire entre 8 et 10 fois inférieures à ce que l’on pourrait obtenir avec une approche conventionnelle.

Dans une configuration préférée, l’équipement d’usinage correctif comprend :

- un système de chargement/déchargement d’au moins 25 supports de pièces 2 ;

- un système de mesure 120 capable de mesurer très précisément la position x, y, z de chaque pièce métallique 10, 10’ dans le repère de référence d’usinage correctif XYZ;

- une machine d’usinage 200 comprenant un laser femtoseconde.

Dans l’exemple, 8’000 pièces métalliques 10, 10’ peuvent être alignées sur un seul support de pièces 2. Le système de charge et décharge est préférablement un système de type « cassette » comprenant une pluralité de tiroirs, chaque tiroir étant adapté pour contenir un seul wafer.

Les différentes opérations peuvent prendre les temps suivants :

- usinage laser par pièce : 0.5 à 0.6 sec ;

- repositionnement de la table X-Y : 0.3 sec ;

- charge et décharge par support de pièces 2 : 120 sec ;

- délais pour les mesures : 60 sec.

Ceci indique un temps d’usinage correctif et de mesure de pièces 10, 10’ typiquement en dessous de 2 secondes, plus précisément 0.92 sec pour l’exemple décrit.

Dans l’exemple d’exécution le système à cassettes comprendra donc au maximum 25x8000 pièces à usiner, donc maximum 200000 pièces 10, 10’.

Le procédé et la machine d’usinage 200 de l’exemple permettent d’insérer le support de pièces 2 sous un laser femtoseconde 100 et de corriger toutes les pièces 10, 10’ sur un seul support de pièces 2. Quand toutes les pièces 10, 10’ fixées sur un support de pièces 2 sont corrigées, il est déchargé vers un tiroir d’un système de cassette 300 associé à la machine d’usinage 200 et on procède à l’usinage correctif des pièces métalliques fixées sur un deuxième support de pièces 2’, 2”, 2’” et ainsi de suite.