La présente invention se rapporte aux techniques à jet d'encre.

Des techniques à jet d'encre sont notamment utilisées dans le domaine des imprimantes et, plus généralement, dans les applications graphiques.

On cherche aujourd'hui à étendre l'application des techniques à jet d'encre dans d'autres domaines que les applications graphiques, comme par exemple en microtechnologies et/ou nanotechnologies.

En effet, les dispositifs à jet d'encre connus sont peu coûteux et fiables. Il serait donc intéressant de bénéficier de ces avantages dans des domaines étrangers à celui des applications graphiques.

Certaines applications présentent cependant des contraintes particulières que les dispositifs à jet d'encre connus ne sont pas en mesure de surmonter.

Ainsi, dans le domaine des nanotechnologies, l'utilisation d'un dispositif à jet d'encre connu est confrontée à des problèmes de sécurité. Ces problèmes de sécurité peuvent être liés à la taille des nanoparticules et/ou à la nature du solvant employé dans l'encre. L'encre déposée comprend un mélange de nanoparticules et de solvant, cette encre étant par exemple destinée à être déposée sur un substrat.

On est également confronté à des problèmes de résolution de la technique du jet d'encre par rapport à la résolution des techniques usuelles dans ce domaine, comme la photolithographie. En effet, les dispositifs à jet d'encre connus ne permettent pas d'obtenir un dépôt de l'encre sur un substrat dont la qualité d'écriture est aussi précise que celle obtenue avec ces techniques usuelles dans le domaine des nanotechnologies.

Des problèmes similaires sont également rencontrés dans le domaine des microtechnologies. Un objectif de l'invention est de proposer un dispositif à jet d'encre capable d'apporter, en particulier dans d'autres domaines que les applications graphiques telles que les microtechnologies et/ou les nanotechnologies, une résolution améliorée par rapport aux dispositifs à jet d'encre existants.

Un autre objectif de l'invention est de proposer un dispositif à jet d'encre peu coûteux et fiable.

Un objectif de l'invention est encore d'améliorer la sûreté de fonctionnement d'un tel dispositif,

Pour atteindre l'un au moins de ces objectifs, l'invention propose un dispositif à jet d'encre comprenant au moins une tête à jet d'encre montée sur un support, caractérisé en ce que le support comprend au moins un orifice disposé autour de ladite au moins une tête, cet orifice étant relié fluidiquement à un moyen pour mettre en mouvement un fluide destiné à être extrait par cet orifice.

Le dispositif pourra prévoir d'autres caractéristiques techniques, prises seules ou en combinaison:

- ledit au moins un orifice entoure ladite au moins une tête de jet d'encre ;

- le dispositif comprend une pluralité d'orifices disposés autour de ladite au moins une tête de jet d'encre ;

- le dispositif comprend une pluralité de têtes à jet d'encre montée sur le support ;

- le support comprend une pluralité d'orifices disposés autour de chacune des têtes à jet d'encre de ladite pluralité de têtes ;

- les centres respectifs de chacun des orifices sont disposés sur un cercle dont le centre est celui de la tête de jet d'encre ;

- les orifices sont disposés à intervalles réguliers ;

- les orifices sont identiques ;

- les orifices comprennent une embouchure de forme conique ; - le dispositif comprend une chambre d'extraction de fluide disposée entre ledit au moins un orifice et le moyen pour mettre en mouvement ledit fluide ;

- le dispositif comprend un moyen pour chauffer une surface cible sur laquelle l'encre est destinée à être déposée.

Pour atteindre l'un au moins de ces objectifs, l'invention propose également un procédé de jet d'encre sur une surface cible, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :

déposer de l'encre sur la surface cible avec au moins une tête de jet d'encre montée sur un support, ladite encre comportant un solvant susceptible de s'évaporer au contact de la surface cible;

extraire un fluide comportant les vapeurs de solvant par l'intermédiaire d'au moins un orifice disposé autour de la tête de jet d'encre, cet orifice étant relié fluidiquement à un moyen pour mettre en mouvement ledit fluide.

Le procédé pourra également prévoir que la surface cible est chauffée.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention seront énoncés dans la description détaillée ci-après faite en référence aux figures suivantes :

la figure 1(a) représente un premier mode de réalisation d'un dispositif à jet d'encre conforme à l'invention, selon une vue de dessous;

la figure 1(b) représente une vue de coupe du dispositif à jet d'encre représenté sur la figure 1 (a) ;

- la figure 1(c) représente un ensemble comprenant le dispositif à jet d'encre représenté sur la figure 1(b) avec la surface cible sur laquelle l'encre est déposée ;

la figure 2, qui comprend les figures 2(a) et 2(b), présente des résultats comparant le dépôt d'une ligne d'encre sur une surface cible avec le dispositif selon l'invention, d'une part, sans extraire de fluide compris entre la tête de jet d'encre et la surface cible sur la figure 2(a) et, d'autre part, en extrayant du fluide entre cette tête de jet d'encre et la surface cible sur la figure 2(b) ;

la figure 3(a) représente, selon une vue de dessous, un deuxième mode de réalisation d'un dispositif à jet d'encre conforme à l'invention, comportant une tête de jet d'encre entourée par un orifice d'extraction de fluide ;

la figure 3(b) représente, selon une vue de dessous, une variante au deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 3(a) ;

la figure 4(a) représente un troisième mode de réalisation d'un dispositif à jet d'encre conforme à l'invention, selon une vue de dessous, comportant plusieurs têtes de jet d'encre, dans lequel plusieurs orifices d'extraction de fluide entourent chaque tête de jet d'encre conformément au premier mode de réalisation représenté à l'appui des figures 1(a) et 1(b);

la figure 4(b) représente une variante au troisième mode de réalisation d'un dispositif à jet d'encre selon l'invention, selon une vue de dessous, comportant plusieurs têtes de jet d'encre, dans lequel un orifice d'extraction de fluide entoure chaque tête de jet d'encre conformément au deuxième mode de réalisation représenté sur la figure 3(a) ;

la figure 5 représente un quatrième mode de réalisation d'un dispositif à jet d'encre, selon une vue de perspective inférieure, comportant comme sur la figure 3 plusieurs têtes à jet d'encre.

Un premier mode de réalisation est représenté sur les figures 1(a) à 1(c).

Le dispositif 1 à jet d'encre comprend au moins une tête 10 à jet d'encre montée sur un support 20. Sur ces figures, le dispositif 1 à jet d'encre ne comprend qu'une seule tête 10. Cette tête 10 se termine par une buse 101 d'éjection de l'encre.

Le dispositif à jet d'encre 1 comprend également des orifices 30, 31 ,..., 3n d'extraction de fluide disposés autour de la tête 10, à savoir dans l'espace environnant cette tête. Les centres respectifs de chacun des orifices 30, 31 ,... , 3n sont par ailleurs disposés à distance de l'axe longitudinal de la tête 10.

Ces orifices sont réalisés dans le support 20 de la tête 10 de jet d'encre et traversent ce support. Ils comprennent chacun une embouchure 301 , 3n1 disposée, par rapport au support 20, du côté de la buse 101. Cette disposition permet d'extraire le fluide disposé dans le volume situé entre le support 20 et une surface cible 100 sur laquelle l'encre est destinée à être déposée, comme cela sera expliqué de façon plus détaillée par la suite.

Ces orifices 30, 31 ,..., 3n sont également associés à un moyen 40 pour mettre en mouvement ledit fluide, par l'intermédiaire d'une connexion fluidique.

Le moyen 40 pour mettre en mouvement le fluide est généralement une pompe. Une pompe permet notamment de mettre le fluide en mouvement forcé (convection forcée).

Le fluide est ainsi aspiré depuis l'embouchure 301 , 3n1 vers l'orifice lui-même pour être extrait.

La connexion fluidique comprend par ailleurs une chambre d'extraction 50 de fluide disposée entre les orifices 30, 31 ,... , 3n d'extraction de fluide et le moyen 40 pour mettre en mouvement ledit fluide ainsi qu'une canalisation 60 disposée entre la chambre 50 d'extraction de fluide et le moyen 40 pour mettre en mouvement ledit fluide.

Pour des applications en microtechnologies ou nanotechnologies, le fluide considéré peut être un mélange d'un fluide tel que l'air avec des vapeurs de solvant.

En effet, l'encre utilisée pour ces applications peut être formée par un mélange d'une poudre, selon le cas de microparticules ou de nanoparticules, avec un solvant. Par ailleurs, le volume situé entre le support

20 et la surface cible 100 est généralement de l'air. La surface cible 100 est en l'occurrence un substrat, par exemple en silicium, notamment susceptible d'être utilisé dans le domaine des nanotechnologies. Aussi, lorsqu'une goutte 101' d'encre est déposée sur la surface du substrat 100, comme représentée sur la figure 1(c), le solvant contenu dans la goutte s'évapore pour ne laisser que le dépôt désiré, les vapeurs de solvant se mélangeant alors au fluide compris dans le volume séparant le support 20 et le substrat 100.

La rapidité de l'évaporation du solvant est un aspect important pour que le dépôt souhaité sur le substrat s'effectue rapidement et par suite, que ce dépôt soit peu coûteux et présente une bonne résolution.

Pour cette raison, l'extraction du fluide évite l'accumulation des vapeurs de solvant dans cet espace situé entre la tête 10 de jet d'encre et le substrat 100 ce qui, comme cela sera expliqué par la suite, facilite l'évaporation du solvant.

Dans ce même but, le dispositif 1 comprend, de préférence, un moyen 104 pour chauffer le substrat 100, généralement disposé sur la face 106 du substrat 100 opposée à la face 105 dudit substrat 100 sur laquelle est déposée l'encre 101 ', comme cela est représenté sur la figure 1(c). Le chauffage accélère en effet l'évaporation du solvant.

L'extraction des vapeurs de solvant permet d'améliorer la sécurité, dans la mesure où ces vapeurs peuvent être toxiques. A cet effet, il n'est pas nécessaire dans le cadre de l'invention de loger l'ensemble formé par le dispositif de jet d'encre 1 et le substrat 100 dans une enceinte fermée, de façon étanche.

L'extraction de fluide ne doit donc pas perturber le jet d'encre entre la tête 10 et le substrat 100. Pour cela, le débit de fluide extrait est généralement compris entre 0,11/mn et 0,61/mn, de préférence entre 0,2 l/mn et 0,5 l/mn avec le dispositif représenté sur les figures 1(a) à 1(c).

La répartition des orifices 30, 31 ,..., 3n autour de la tête 10 de jet d'encre peut varier, ainsi que leurs diamètres respectifs et/ou la distance entre leurs centres respectifs et l'axe longitudinal de la tête 10, dans la mesure où le jet d'encre n'est pas perturbé. Par exemple, les orifices 30, 31 ,... , 3n peuvent présenter un diamètre identique et la répartition de ces orifices 30, 31 ,..., 3n autour de la tête 10 de jet d'encre peut être régulière, de sorte que l'extraction du fluide s'effectue de façon homogène autour de la tête de jet d'encre.

Dans l'exemple représenté sur les figures 1(a) à 1(c), les centres respectifs de chacun des orifices 30, 31 ,... , 3n d'extraction de fluide sont plus précisément disposés sur un cercle dont le centre est celui de la tête 10 de jet d'encre, à intervalles réguliers.

Dans cet exemple, le diamètre Φ de ce cercle vaut 9,5mm et le diamètre o de chacun des orifices vaut environ 2mm. Dans ces conditions, plus d'une dizaine d'orifices peuvent être disposés autour de la tête 10 de jet d'encre. Le diamètre Φ est représenté sur la figure 1(a) et le diamètre Φο est représenté sur la figure 1(b).

Les orifices 30, 31 ,..., 3n comprennent de préférence une embouchure 301 , 3n1 en forme de cône, ce cône se rétrécissant depuis la zone d'entrée de fluide dans l'orifice vers l'intérieur de l'orifice. On limite ainsi des mouvements turbulents ou de rotation du fluide au niveau des entrées des orifices 30, 31 ,..., 3n, qui pourraient éventuellement perturber le jet d'encre.

Une embouchure 301 , 3n1 cylindrique, dont le diamètre est identique à celui de l'orifice dans son ensemble pourrait être envisagé.

Le dispositif 1 selon l'invention permet également d'améliorer la résolution du dépôt d'encre obtenue sur le substrat 100 par rapport aux dispositifs à jet d'encre connus.

Les figures 2(a) et 2(b) représentent le dépôt d'une ligne d'encre sur un substrat, réalisé avec le dispositif décrit à l'appui des figures 1(a) à 1(c), respectivement, sans extraction de fluide et avec extraction de fluide.

Les autres conditions de test sont identiques.

Plus particulièrement, les conditions qui suivent sont les mêmes pour les deux tests. L'encre est formée d'un mélange de nanoparticules d'oxydes de zinc à une concentration en poids de 10% dans le solvant, à savoir de l'éthylène glycol, et 1% en poids d'un surfactant, en l'occurrence du TRITON X100. Une même quantité d'encre est déposée.

La buse 101 d'éjection utilisée présente un diamètre de 50pm et la température de celle-ci est de 50°C. La tension de l'actionneur piézoélectrique a été fixée à 40 Volts, compte tenu de la tête de jet d'encre utilisée.

La vitesse de déplacement de la buse par rapport au substrat est de 450μιη/8.

La vitesse de descente des gouttes d'encre issues de la buse vers le substrat 100 est de 3m/s environ.

La ligne est déposée sous la forme d'une succession de gouttes, tous les 20pm.

La distance séparant la buse du substrat est d'environ 1mm.

L'angle de contact entre une goutte d'encre déposée sur le substrat et le substrat est de 15°.

La température du substrat est maintenue à 105°C.

On observe sur la figure 2(a), en l'absence de toute extraction de fluide, que la ligne d'encre 102 déposée sur le substrat 100 présente une largeur moyenne de 110pm et que les bordures de cette ligne ne sont pas rectilignes.

Au contraire, on observe sur la figure 2(b), avec extraction de fluide, une ligne 103 moins large (88pm) dont les bordures sont par ailleurs plus rectilignes. Le débit d'extraction de fluide est dans le cas présent de 0,5 l/mn.

L'extraction de fluide, et plus précisément des vapeurs d'éthylène glycol, permet donc d'augmenter la résolution du dépôt. Dans le cas d'espèce, la résolution est améliorée d'environ 20%.

Les inventeurs considèrent que l'extraction de fluide dans l'espace situé entre la tête 10 de jet d'encre et le substrat sur lequel la goutte d'encre est déposée, crée une dépression qui permettrait d'augmenter le flux d'évaporation du solvant compris dans l'encre. L'encre déposée sur le substrat 100 aurait ainsi moins de temps pour s'étaler sur le substrat, ce qui pourrait expliquer le gain en résolution de 20% obtenu.

II pourrait être envisagé d'obtenir une ligne d'encre de largeur similaire à la largeur de la ligne d'encre représentée sur la figure 2(b), en l'absence de toute extraction de fluide.

Toutefois, ceci ne peut être obtenu qu'en augmentant la température du substrat de 105°C à une valeur supérieure, généralement comprise entre 1 10°C à 1 15°C, dans le cas où le solvant est de l'éthylène glycol. Avec des températures plus élevées, on comprend que le flux de solvant qui s'évapore augmente, ce qui peut résulter en une meilleure résolution dans le dépôt de la ligne d'encre.

Malheureusement, on constate qu'avec une température trop élevée du substrat, le dépôt d'une telle ligne d'encre peut ne pas être homogène, présenter des lacunes et des irrégularités.

Au contraire, l'extraction de fluide permet d'augmenter la résolution de la ligne d'encre déposée tout en abaissant la température de chauffage du substrat. Il est donc envisageable d'employer des matériaux qui ne peuvent pas supporter des températures aussi élevées que 1 15°C, sans se déformer mécaniquement ou subir des modifications de leurs structures chimiques internes.

Le premier mode de réalisation, représenté sur les figures 1 (a) à 1 (c), comporte une seule tête de jet d'encre, entourée de plusieurs orifices d'extraction.

Un deuxième mode de réalisation est représenté sur la figure 3(a), selon une vue de dessous du dispositif 1 de jet d'encre.

Le dispositif 1 de jet d'encre comprend une seule tête de jet d'encre munie d'une buse d'éjection d'encre, autour de laquelle est réalisé un orifice 30i d'extraction de fluide dans le support 20i du dispositif. L'orifice 30i traverse le support 20i. L'orifice 30i d'extraction de fluide est donc bien disposé autour de la tête de jet d'encre. Plus précisément, la tête 10i de jet d'encre est entourée par l'orifice 30i d'extraction de fluide.

Le fluide extrait circule ainsi autour du contour de la tête 10i de jet d'encre.

De préférence, l'orifice présente une forme annulaire, le centre de l'anneau ainsi formé appartenant à l'axe longitudinal de la buse 10i, si bien que cet axe longitudinal forme un axe de symétrie pour l'orifice 30-|.

L'extraction de fluide qui s'effectue par l'orifice 30i entourant la buse 10i d'éjection d'encre ne perturbe pas le jet d'encre. Les inventeurs considèrent que ceci est lié au fait que le débit d'extraction de fluide ne dépasse généralement pas 0,5 l/mn.

Une embouchure (non représentée) d'orifice de forme conique peut cependant être prévue pour limiter les risques éventuels de perturbation du jet d'encre.

Un test expérimental (non présenté) a été effectué pour cette configuration de la figure 3(a), dans des conditions identiques à celles décrites précédemment pour le dispositif représenté sur les figures 1(a) à 1(c), test qui a permis de mettre en évidence la pertinence de ce deuxième mode de réalisation.

Dans une variante à ce deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 3(b), on peut prévoir plusieurs orifices 30i, 30 ₂ indépendants entourant la tête de jet d'encre. Ces orifices 30i, 30 ₂ traversent alors le support 20. Par exemple, si deux orifices de ce type sont prévus, chaque orifice peut présenter, en vue de coupe, une forme en demi-anneau, comme cela est représenté sur la figure 3(b). On peut prévoir plus de deux orifices de ce type.

D'autres modes de réalisation mettant en œuvre plusieurs têtes de jet d'encre sont décrits ci-après, à l'appui des figures 4(a), 4(b) et 5. Un troisième mode de réalisation est représenté sur la figure 4(a) et une variante à ce troisième mode est représentée sur la figure 4(b).

Le dispositif 1 à jet d'encre comporte alors une pluralité de têtes 10, 11 , ...,1 n de jet d'encre, montées sur un support 200, 200'. Le support comprend au moins un orifice d'extraction de fluide autour de chacune des têtes à jet d'encre de ladite pluralité de têtes 10, 11 , ...1 n. Ledit au moins un orifice s'étend à travers ledit support 200, 200'.

Sur la figure 4(a), la disposition, le nombre et/ou les dimensions, en rapport avec le diamètre des orifices autour d'une même tête de jet d'encre peuvent être identiques à la disposition, au nombre et/ou aux dimensions des orifices décrits à l'appui des figures 1(a) à 1(c). En général, les dimensions des orifices sont plus petites pour les têtes multi-buses. On a ainsi référencé 30, sur la figure 4(a), un des orifices disposés autour de la première tête 10 de jet d'encre de la pluralité de têtes.

Sur la figure 4(b), chaque tête de jet d'encre est entourée par un seul orifice, comme cela est décrit à l'appui de la figure 3(a). On a ainsi référencé sur la figure 4(b), un orifice 30i entourant la tête de jet d'encre 10i.

Un quatrième mode de réalisation est représenté sur la figure 5.

Selon ce mode de réalisation, il est envisageable que le dispositif 1 de jet d'encre, comportant une pluralité de têtes 10', 11 ', ...1 n' (ou 10", 11 ", ...1n") de jet d'encre comprenne un support 20' (ou 20") ayant une pluralité d'orifices 30' (ou 30") d'extraction de fluide disposés autour de l'ensemble des têtes à jet d'encre.

Selon cette variante, il n'y a donc pas plusieurs orifices disposés autour de chaque tête de jet d'encre (figure 4(a)), mais plusieurs orifices disposés autour d'un ensemble de têtes de jet d'encre.

Selon cette variante, un débit plus important de solvant pourrait peut-être être extrait, sans perturber le jet. Les entrées des orifices 30', 30" peuvent être disposées à une hauteur similaire à celle de la buse d'éjection de chaque tête de jet d'encre et ce, de manière similaire au mode de réalisation représenté sur les figures 1(a) à 1(c).

De préférence, et comme représenté sur la figure 5, il est envisageable de disposer les entrées des orifices 30', 30" dans un plan décalé par rapport aux buses d'éjection des têtes de jet d'encre. Les orifices 30', 30" sont alors plus prêts de la surface cible (non représentée) sur laquelle l'encre est déposée que ne le sont les têtes de jet d'encre. Cette solution est encore plus sûre pour éviter toute perturbation du jet d'encre issu de chacune des têtes de jet d'encre.

Le diamètre des orifices est de préférence identique. Par ailleurs, la répartition des orifices autour de l'ensemble de têtes de jet d'encre est de préférence régulière.

Dans cette variante, le support 20', 20" peut intégrer une chambre d'extraction (non référencée) entre les orifices et le moyen (non référencé) pour mettre en mouvement le fluide. Comme dans les autres variantes de réalisation, une canalisation 60', 60" est prévue comme connexion fluidique entre les orifices, ou plus précisément la chambre lorsque celle-ci est prévue, et le moyen pour mettre en mouvement le fluide.

Les orifices 30', 30" traversent ainsi le support 20', 20" associé pour sortir par la canalisation 60', 60" associée.

Il faut enfin noter que le mode de réalisation représenté sur la figure 4 peut également s'appliquer à une seule tête munie d'une pluralité de buses d'éjection d'encre.

Finalement, le dispositif selon l'invention offre de nombreux avantages par rapport aux dispositifs connus.

Un avantage est de pouvoir imprimer de l'encre sur des surfaces cibles pour des températures réduites de cette surface cible. On peut ainsi imprimer sur des substrats en polymères ne supportant pas des températures élevées, tout en maintenant la résolution du dépôt effectué.

On peut également imprimer des matériaux, dilués dans le solvant de l'encre, ne supportant pas des températures élevées, tels que des encres comportant des composés biologiques.

Par ailleurs, ce gain en température sur le substrat limite les coûts de fabrication et d'utilisation du dispositif.

En particulier, dans le domaine des nanotechnologies ou des microtechnologies, la fabrication du porte-substrat et la précision de son positionnement sont facilités, du fait que la dilatation thermique de celui-ci est limitée.

De plus, la durée de vie des traitements de surface susceptibles d'être réalisés sur le substrat est augmentée. En effet, lorsque l'on souhaite déposer un encre sur une surface plus petite que le diamètre d'une goutte, on définit généralement par photolithographie une zone hydrophobe autour de cette surface avec de l'octadécyl trichlorosilane. Les gouttes déposées restent alors confinées sur la surface interne à la zone hydrophobe. Mais la durée de vie de ce traitement hydrophobe dépend fortement de la température de fonctionnement du substrat. Plus la température du substrat est faible, plus la durée de vie du traitement augmente.

Un autre avantage concerne le gain en résolution du dépôt ainsi effectué.

Le dispositif selon l'invention permet en effet des gains importants en résolution de la ligne d'encre déposée sur la surface cible, par rapport aux dispositifs connus et pour des températures plus faibles de cette surface cible.

Par ailleurs, il est possible de choisir des buses de plus grand diamètre que les buses connues, pour éviter des problèmes de colmatage, sans perdre en résolution. Un autre avantage est lié à l'élargissement des encres utilisables avec le dispositif de jet d'encre.

L'utilisation de telles encres, à point d'ébullition élevé, diminue le risque de colmatage des buses durant les phases d'arrêt et de démarrage du dispositif à jet d'encre.