Titre : Procédé d'obtention de vitrages munis de motifs électroconducteurs

La présente invention se rapporte au domaine de l'impression de motifs électroconducteurs, notamment à base d'argent, sur des vitrages.

Des motifs électroconducteurs, tels que des fils chauffants, antennes ou autres capteurs présents dans les vitrages automobiles sont faits à partir d'une pâte conductrice, par exemple une pâte à l'argent sérigraphiée sur une feuille de verre, et sont connectés à un système d'alimentation électrique par l'intermédiaire de connecteurs soudés à la pâte conductrice. Les connecteurs sont soudés dans certaines zones bien définies du vitrage et les alliages utilisés actuellement pour réaliser ces soudures sont des alliages sans plomb, par exemple à base d'argent, d'étain et de cuivre. Les vitrages équipés de tels dispositifs électroconducteurs doivent, pour pouvoir être mis sur le marché et acceptés par les constructeurs automobiles, passer avec succès des tests de résistance de plus en plus contraignants. Les alliages utilisés pour les soudures doivent notamment répondre aux critères imposés par le test TCT (ou « température cycling test »). L'objectif de ce test est de déterminer si le vitrage une fois équipé des fonctions électriques peut résister à des montées et descentes en température successives et rapides, sans être fragilisé. Ces tests ont été mis au point afin d'accélérer les effets qui seraient provoqués par les différences de comportement thermique des différents composants du système. Le nouveau test impose des variations de température entre -40°C et +105°C, donc sur une plage de variation plus importante que les tests précédents qui se limitaient à 90°C. Le nombre de cycle a également été modifié puisqu'il est passé de 10 cycles à un minimum de 60 cycles. Les nouvelles conditions du TCT imposent également que ces variations de température soient effectuées sous une tension de 14 V pendant les phases de montée en température, ce qui entraîne des échauffements supplémentaires et correspond à des températures locales qui peuvent aller approximativement jusqu'à 120°C. Pour passer avec succès ces tests, il s'est révélé nécessaire d'augmenter l'épaisseur des motifs électroconducteurs, notamment dans les zones de soudure, aux endroits où sont placés les connecteurs et où est réalisée la soudure avec l'alliage sans plomb. Dans un vitrage automobile, les zones de connexion ou de soudure se font généralement au niveau des bandes collectrices (encore appelées « bus bars » dans la terminologie anglo-saxonne) situées de part et d'autre du réseau chauffant, dans des parties latérales du vitrage, mais peuvent se faire également dans des parties plus centrales .

On sait imprimer par sérigraphie en une seule étape des motifs électroconducteurs d'épaisseur différente entre la partie centrale et les parties latérales, en utilisant un seul et même tissu (ou tamis) d'impression, dont la taille des mailles est variable selon les zones et permet d'imprimer des motifs d'épaisseur différente. Ces tissus permettent notamment de déposer sur les parties latérales des vitrages des épaisseurs de pâtes plus élevées au niveau des bandes collectrices, tout en gardant dans la partie centrale des pistes électroconductrices peu épaisses et peu visibles. Ainsi, l'épaisseur est suffisamment importante aux endroits où les connexions et soudures sont réalisées, mais suffisamment faible dans la partie centrale pour ne pas gêner la visibilité. Ce type de tissu à taille de mailles variables ne permet toutefois pas d'obtenir de manière simultanée, dans la partie centrale du vitrage, des motifs fins et des motifs plus épais. Or, certains points de soudure, notamment au niveau des boutons d'antenne sont souvent positionnés au centre des réseaux chauffants imprimés, dans les zones inférieures ou supérieures de la partie centrale du vitrage. Pour obtenir un motif électroconducteur d'une épaisseur plus importante au niveau de certaines zones de la partie centrale du vitrage, il est possible de procéder à une double sérigraphie puisque les tamis à taille de maille variable ne permettent d'obtenir de fortes épaisseurs que dans des parties latérales, sur les bords des vitrages. Ainsi, pour obtenir des épaisseurs plus importantes dans la partie centrale des vitrages, on effectue une première passe d'impression par sérigraphie de la pâte électroconductrice, puis la pâte est séchée avant de réaliser une seconde passe d'impression identique à la première au niveau d'un second poste d'impression. Cette technologie nécessite par conséquent de lourds investissements, puisqu'il faut au minimum un dispositif de séchage IR et un deuxième poste d'impression. Dans certains cas, si l'épaisseur requise est encore plus importante, il peut être nécessaire de faire une troisième étape de sérigraphie, avec également un séchage intermédiaire .

On cherche donc à mettre au point un procédé simplifié, moins onéreux, permettant de réaliser des motifs électroconducteurs épais à tout emplacement désiré et en particulier, dans la partie centrale d'un substrat, à distance des bandes collectrices.

Une solution, proposée par la demande WO2018/229449, consiste à utiliser un écran de sérigraphie comprenant un tamis principal et sur une zone, située dans la partie centrale, au moins un tamis secondaire fixé sur une face dudit tamis principal, la maille du tamis secondaire étant plus large que la maille du tamis principal dans ladite partie centrale, et la maille du tamis secondaire formant avec la maille du tamis principal un angle compris entre 1 et 89°. Un tel écran permet d'obtenir en une seule passe de sérigraphie des vitrages possédant dans leur partie centrale des pistes électroconductrices de faible épaisseur et, au niveau de la zone double tamis, donc également dans la partie centrale du vitrage, des motifs électroconducteurs, par exemple des zones de soudure pour boutons d'antennes, particulièrement épais.

Cette solution n'est toutefois pas dénuée d'inconvénient, en particulier en ce qu'elle ne permet pas d'obtenir en outre une surépaisseur dans certaines zones spécifiques des parties latérales. Elle ne permet en outre pas de régler de manière totalement indépendante l'épaisseur des pistes électroconductrices dans les zones de soudure et dans les autres zones. Il n'est ainsi pas toujours possible d'atteindre les épaisseurs désirées dans les zones de soudure tout en respectant les spécifications en termes de résistance du réseau.

L'invention a pour but d'obvier à ces inconvénients en proposant un procédé permettant à moindre coût d'obtenir un vitrage dans lequel des motifs électroconducteurs épais peuvent être réalisés dans certaines zones de la partie centrale et dans certaines zones des parties latérales.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'obtention d'un vitrage comprenant une feuille de verre revêtue sur une de ses faces de motifs électroconducteurs présentant dans au moins une zone, dite zone de surépaisseur, une épaisseur plus élevée que dans les autres zones, ledit procédé comprenant le dépôt par sérigraphie d'une première couche électroconductrice formant motifs sur une face de ladite feuille de verre, puis le dépôt par une technique d'impression numérique, dans la ou chaque zone de surépaisseur, d'une deuxième couche électroconductrice sur la première couche encore humide, puis une étape de traitement thermique de cuisson de la première et de la deuxième couche.

Un autre objet de l'invention est un vitrage. Le vitrage est en particulier un vitrage obtenu ou susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention. Ce vitrage comprend une feuille de verre revêtue sur une de ses faces de motifs électroconducteurs à base d'argent, présentant dans au moins une zone, dite zone de surépaisseur, une épaisseur plus élevée que dans les autres zones. De préférence, une zone de surépaisseur est située dans la partie centrale, et une autre zone de surépaisseur est située dans une partie seulement de chaque partie latérale.

L'invention complète l'étape de sérigraphie par une étape d'impression numérique, laquelle réalise une surépaisseur dans les zones voulues, typiquement les zones de soudure ou des zones englobant les zones de soudure, qui peuvent être aussi bien dans des zones centrales que latérales du vitrage. Dans les zones de surépaisseur les motifs électroconducteurs comprennent donc deux couches superposées (la première et la deuxième couche), tandis qu'ils ne comprennent que la première couche dans les autres zones.

On peut ainsi notamment obtenir un vitrage comprenant des motifs comprenant des pistes électroconductrices de faible épaisseur, par exemple un réseau de fils chauffants, un réseau d'alarme, des antennes ou des bandes collectrices, et des zones de soudure d'épaisseur plus importantes pouvant être situées aussi bien en partie centrale que dans les parties latérales du vitrage, par exemple des zones de soudure pour bouton d'antenne situées dans la partie centrale et des zones de soudure de réseau chauffant situées dans la partie latérale en contact avec les bandes collectrices.

Les zones de surépaisseur ne sont pas nécessairement limitées aux zones de soudure. L'invention permet également, de manière avantageuse, d'épaissir certaines zones des bandes collectrices, notamment à proximité des zones de soudure, en particulier pour éviter un échauffement indésirable.

La surépaisseur permet de garantir une soudure robuste sans affecter la résistance du réseau de fils chauffants, laquelle peut être ajustée de manière totalement indépendante via le choix de l'épaisseur de la première couche. Il est ainsi possible de respecter les spécifications en termes de résistance électrique, qui sont spécifiques à chaque modèle, en choisissant la pâte d'argent, l'écran de sérigraphie, les épaisseurs humides etc..., et d'appliquer la surépaisseur adéquate pour atteindre dans les zones de soudure ou dans des zones englobant les zones de soudure, les épaisseurs garantissant une bonne soudure. Le procédé est donc très souple à cet égard.

Les techniques employées permettent en outre de déposer la deuxième couche sur la première couche alors que cette dernière est encore humide. Par « humide » on entend que la première couche n'a pas encore été séchée, et comprend donc un solvant. Il est ainsi possible de procéder directement à l'impression numérique de la deuxième couche sans prévoir de poste additionnel de séchage entre les deux étapes de dépôt.

Une étape de séchage est de préférence mise en œuvre entre l'étape de dépôt de la deuxième couche et l'étape de traitement thermique de cuisson.

Les motifs électroconducteurs comprennent de préférence des pistes électroconductrices situées dans au moins une partie latérale et dans une partie centrale du vitrage, les zones de surépaisseur étant situées dans ladite partie centrale et/ou dans au moins une partie latérale. De préférence, les zones de surépaisseur sont situées à la fois dans la partie centrale et dans au moins une partie latérale, et même dans les parties latérales.

Les pistes électroconductrices situées dans la partie centrale sont notamment des fils chauffants, des films d'alarme et/ou des antennes. Les pistes électroconductrices situées dans une partie latérale, notamment dans deux parties latérales opposées, sont notamment des bandes collectrices.

Avantageusement, les zones de surépaisseur englobent des zones de soudure, voire correspondent à des zones de soudure. Les zones de surépaisseur situées dans la partie centrale sont ou englobent par exemple des zones de soudure pour connexion d'antenne ou d'alarme. Les zones de surépaisseur situées dans les parties latérales englobent par exemple des zones de soudure pour connexion d'un réseau chauffant. Ces dernières sont par exemple situées sur chacune des bandes collectrices.

Les zones de soudure sont des zones sur lesquelles un connecteur peut être soudé afin de connecter électriquement les motifs électroconducteurs. Le procédé peut donc également comprendre une étape supplémentaire de soudure d'au moins un connecteur sur au moins une partie d'une zone de surépaisseur. La soudure est en particulier réalisée à l'aide d'un alliage de soudure.

Le connecteur est typiquement métallique, notamment en acier contenant du chrome. L'alliage de soudure est de préférence sans plomb, notamment à base d'étain, d'argent et de cuivre.

La feuille de verre est typiquement en verre sodocalcique, mais peut être en d'autres types de verre, par exemple borosilicate ou aluminosilicate. Son épaisseur est de préférence comprise entre 0,7 et 6 mm, notamment entre 1 et 4 mm. Au moins une dimension de la feuille de verre est de préférence d'au moins 1 m.

La feuille de verre peut être claire, ou de préférence teintée, par exemple en vert, gris ou bleu. Pour ce faire, la composition du verre comprend des colorants, en particulier de l'oxyde de fer, en une teneur pondérale totale (exprimée sous la forme FeC>) comprise entre 0,05 et 1,5%, notamment entre 0,1 et 1,0%.

La feuille de verre est généralement plane au moment du dépôt des motifs électroconducteurs. Elle est ensuite de préférence bombée, normalement lors du traitement thermique de cuisson des motifs électroconducteurs. Le vitrage final est donc de préférence bombé.

La face de la feuille de verre sur laquelle le dépôt de la première couche est réalisé peut au préalable avoir été revêtue en partie par un revêtement d'émail. En particulier, un revêtement d'émail noir peut avoir été déposé par sérigraphie à la périphérie de la feuille de verre et une partie des motifs électroconducteurs (notamment les bandes collectrices) est alors déposée sur le revêtement d'émail. Un tel revêtement permet de dissimuler et protéger contre le rayonnement ultraviolet les joints servant au positionnement et au montage du vitrage dans la baie de carrosserie. Le revêtement d'émail permet également de dissimuler les bandes collectrices.

L'étape de sérigraphie est de préférence réalisée en positionnant un écran de sérigraphie en regard de la feuille de verre puis en déposant, notamment à l'aide d'un racle, sur l'écran de sérigraphie une pâte électroconductrice, notamment à l'argent. Les mailles de l'écran sont obturées dans la partie correspondant aux zones de la feuille de verre que l'on ne veut pas revêtir, de sorte que la pâte ne peut passer au travers de l'écran que dans les zones à imprimer, selon un motif prédéfini.

Les motifs électroconducteurs sont de préférence formés d'une pâte à l'argent.

De préférence, la pâte électroconductrice à l'argent comprend à l'état humide au plus 88%, notamment au plus 85% en poids d'argent, par exemple de 75 à 85%, notamment de 80 à 84% en poids d'argent. Ces pâtes à forte teneur en argent comparativement aux pâtes habituellement employées, sont particulièrement adaptées aux alliages de soudure sans plomb. Ces pâtes d'argent nécessitent, pour assurer une bonne soudabilité et une bonne résistance au test TCT, d'en appliquer de plus fortes épaisseurs dans les zones de soudure, ce qui devient possible grâce au procédé selon la présente invention.

Plus la teneur en argent de la pâte est faible, plus l'épaisseur des motifs (de la première couche) à l'état humide (avant cuisson) doit être importante pour une même épaisseur de motif après cuisson. Ainsi pour une épaisseur de motif de 8 pm après cuisson, l'épaisseur à l'état humide est typiquement de l'ordre de 25 pm pour une pâte contenant 80% en poids d'argent, et de l'ordre de 35 à 40 pm pour une pâte contenant 75% en poids d'argent.

De préférence, la pâte comprend en outre un solvant, un medium organique, destinés à faciliter le dépôt par sérigraphie, et une fritte de verre, qui après fusion fixe les particules d'argent sur la feuille de verre.

L'écran peut être en toute matière connue pour la réalisation d'écrans de sérigraphie, par exemple en polyester ou en polyamide.

L'écran est de préférence obtenu par enduction d'une émulsion photoréticulable sur au moins une partie de la surface de l'écran, séchage de l'écran, insolation de l'écran afin de réticuler l'émulsion photoréticulable dans des zones prédéterminées puis lavage et séchage de l'écran. L'émulsion photoréticulable permet d'obturer sélectivement les mailles de l'écran dans les zones soumises à l'insolation, l'étape de lavage servant notamment à éliminer l'émulsion dans les zones non soumises à l'insolation, donc dans les parties où les mailles doivent rester non obturées et par lesquelles la pâte d'impression doit passer lors de la sérigraphie et revêtir la feuille de verre pour former les motifs électroconducteurs. L'étape d'insolation est l'étape au cours de laquelle l'émulsion photoréticule, généralement sous l'effet d'un rayonnement ultraviolet. Cette étape est typiquement réalisée en disposant contre l'écran une diapositive comprenant un support transparent, typiquement en polyester, revêtu de motifs d'une encre opaque au rayonnement ultraviolet, correspondant aux motifs électroconducteurs à imprimer sur le vitrage, puis à irradier ladite diapositive au moyen d'un rayonnement ultraviolet. L'émulsion n'est donc réticulée et n'obture les mailles du tamis que dans les parties de l'écran situées sous les parties de la diapositive non recouvertes d'encre. Dans les autres parties, l'émulsion n'est pas réticulée et est éliminée lors de l'étape de lavage, laissant les mailles ouvertes, de sorte que la pâte peut les traverser lors de la sérigraphie. On retrouve ainsi à l'identique sur le vitrage les motifs figurant sur la diapositive.

Selon un mode de réalisation, l'écran de sérigraphie possède une taille de maille identique en tout point. L'épaisseur de la première couche est alors identique en tout point du vitrage.

On peut par exemple choisir, pour l'écran, 90 fils par cm pour des diamètres de fil de 40 à 48 pm.

L'épaisseur humide de la première couche est de préférence comprise entre 25 et 30 pm, donnant après cuisson des épaisseurs de l'ordre de 8 mpi pour des pâtes d'argent contenant 80% en poids d'argent.

Selon un autre mode de réalisation, l'écran de sérigraphie comprend une partie centrale et au moins une partie latérale, la taille de la maille dans la partie centrale étant plus grande que la taille de la maille dans la au moins une partie latérale. En particulier, le nombre de fils par cm dans la partie centrale est supérieur au nombre de fils par cm dans la au moins une partie latérale, et le diamètre des fils dans la partie centrale est inférieur au diamètre des fils dans la au moins une partie latérale.

Dans le cadre de ce mode de réalisation, on peut avantageusement choisir :

- dans la zone centrale, 77 fils par cm pour un diamètre de

48 pm, 77 fils par cm pour un diamètre de 55 pm, 90 fils par cm pour un diamètre de 48 pm,

- dans la ou chaque zone latérale, 42 fils par cm pour un diamètre de 80 pm, 48 fils par cm pour un diamètre de 80 pm,

49 fils par cm pour un diamètre de 70 pm.

Ce type d'écran permet notamment de déposer une épaisseur plus importante de pâte électroconductrice au niveau des parties latérales, qui correspondent au positionnement des bandes collectrices (ou bus bars), comparativement aux zones d'impression correspondant aux fils plus fins du réseau chauffant. On peut citer comme exemple de ce type de tamis le produit Vario® de SEFAR ou Variant® de SAATI, qui permet lors d'une même impression, d'obtenir différentes épaisseurs dans différentes zones du vitrage.

De préférence, l'écran est rectangulaire ou sensiblement rectangulaire, et la partie centrale correspond à la partie rectangulaire, s'étendant sur toute la longueur des petits côtés de l'écran, dont la médiatrice des petits côtés correspond à la médiatrice des grands côtés de l'écran, et qui occupe 20 à 40% de la surface de l'écran. L'écran comprend de préférence deux parties latérales, correspondant aux deux parties rectangulaires disposées symétriquement par rapport à la médiatrice des grands côtés du rectangle, de part et d'autre de cette dernière, occupant de 20 à 40% de la surface de l'écran.

L'impression numérique est de préférence réalisée à l'aide d'une tête d'impression dont le mouvement (en particulier la position et la vitesse) est contrôlé par ordinateur. Plusieurs techniques d'impression sont possibles.

La technique d'impression numérique est par exemple une impression par jet d'encre. Pour ce faire, la tête d'impression comprend des buses au travers desquelles des gouttes d'encre sont projetées localement sur la feuille de verre. Cette technique est parfois appelée « drop on demand » (DOD).

La technique d'impression numérique peut aussi être une impression par transfert, notamment par transfert laser. Par exemple, un support, notamment rotatif, enduit avec de l'encre (ici la pâte conductrice) est disposé en regard de la feuille de verre et la tête d'impression émet localement un faisceau laser focalisé sur une partie du support, entraînant la création d'une goutte d'encre qui se dépose sur la feuille de verre.

Cette dernière technique est préférée car la technique d'impression par jet d'encre impose des tailles de particules extrêmement fines, compatibles avec les diamètres des buses, ainsi que des viscosités de pâte très faibles. Par opposition, les techniques d'impression par transfert n'imposent aucune contrainte en termes de composition ou de granulométrie des pâtes conductrices. Dans tous les cas, l'encre comprend de préférence une fritte de verre, un solvant ainsi que des particules d'argent.

L'épaisseur des motifs électroconducteurs dans la ou chaque zone de surépaisseur est de préférence d'au moins 8 pm, notamment comprise entre 10 et 20 pm, voire entre 10 et 15 pm après l'étape de traitement thermique de cuisson. Une telle épaisseur permet de répondre aux exigences du test TCT.

L'épaisseur des motifs dans les zones autres que la zone de surépaisseur est de préférence d'au plus 8 pm, notamment comprise entre 3 et 7 pm.

Le vitrage peut être séché ou non après l'application de la pâte. Le vitrage subit ensuite un traitement thermique afin de cuire la première et la deuxième couche. Ce traitement thermique est typiquement un traitement de bombage et/ou de trempe du verre. Le bombage peut notamment être réalisé par exemple par gravité (le verre se déformant sous son propre poids) ou par pressage, à des températures allant typiquement de 550 à 720°C.

Le vitrage final est notamment une lunette arrière de véhicule automobile, un vitrage latéral de véhicule automobile ou encore un pare-brise de véhicule automobile.

Les motifs électroconducteurs sont notamment des antennes, des bandes collectrices, des fils d'alarme et/ou des fils chauffants. Les bandes collectrices sont de préférence situées dans les deux parties latérales opposées du vitrage. Les fils chauffants sont de préférence situés majoritairement dans la partie centrale du vitrage, et s'étendent parallèlement au bord long du vitrage entre les deux bandes collectrices. C'est le cas notamment pour une lunette arrière. De préférence, la ou chaque zone de surépaisseur englobe ou est une zone de soudure pour connexion d'antenne et/ou de réseau chauffant et/ou d'alarme.

Dans le cas d'un pare-brise les motifs électroconducteurs sont notamment des antennes.

Les motifs électroconducteurs peuvent aussi être des fils chauffants assurant un chauffage local dans les fenêtres de caméra, par exemple pour la détection de la distance du véhicule frontal.

Dans le cas d'un vitrage latéral, les motifs électroconducteurs sont notamment des antennes ou des fils d'alarme.

L'invention sera mieux comprise à la lumière des exemples de réalisation qui suivent, illustrés par la Figure

1.

[Fig. 1] représente un vitrage obtenu selon l'invention, dans l'exemple une lunette arrière de véhicule automobile.

Le vitrage 1 comprend une feuille de verre 2 possédant une partie centrale A et deux parties latérales C. Dans ces parties A et C ont été imprimés des motifs électroconducteurs 4, 6, 8, 10, plus précisément un réseau de fils chauffants 4 horizontaux et verticaux, reliés dans les parties latérales C à des bandes collectrices 8, une antenne 6, une zone de soudure pour bouton d'antenne 10. Dans chaque partie latérale C les bandes collectrices 8 comprennent une zone de soudure 12 pour l'alimentation du réseau chauffant. La position des zones de soudure 12, dans la partie basse des bandes collectrices 8, est schématisée sur la figure par les traits pointillés.

Les fils 4, 6, et bandes collectrices 8 ainsi que le bouton d'antenne 10 ont été imprimés par sérigraphie d'une pâte à l'argent (comprenant 80% en poids d'argent) sur la feuille de verre 2, pour former une première couche dont l'épaisseur humide au niveau des bandes collectrices était dans l'exemple de 25 pm (donnant après cuisson une épaisseur de 8 pm). Dans une étape préalable, un revêtement d'émail noir (non représenté) a été déposé par sérigraphie à la périphérie de la feuille de verre 2, sous forme de bande périphérique. Les motifs électroconducteurs 6, 8 et 10 ont donc été déposés sur ce revêtement d'émail.

Dans une deuxième étape, alors que la première couche était encore humide, donc sans étape intermédiaire de séchage, une deuxième couche a été déposée par impression numérique par transfert laser d'une pâte à l'argent sur certaines zones 10A, 12A de la première couche, représentées en couleur plus foncée. La zone 10A est une zone correspondant à une zone de soudure pour connexion de l'antenne 6. Les zones 12A sont des zones situées sur les bandes collectrices 8 et englobent les zones de soudure pour connexion du réseau chauffant.

Les motifs électroconducteurs présentent donc dans les zones de surépaisseur 10A et 12A une épaisseur plus élevée que dans les autres zones, puisqu'ils sont constitués de la première couche et de la deuxième couche superposées.

Les zones de surépaisseur 12A sont ici plus larges que la zone de soudure 12 proprement dite, et donc « débordent » au-delà de cette zone, afin d'éviter un échauffement indésirable dans les zones situées à proximité de la zone de soudure. Dans un autre mode de réalisation, les zones de surépaisseur 12A peuvent correspondre exactement aux zones de soudure 12.

La feuille de verre a ensuite subi un traitement thermique de bombage à une température d'environ 620°C, étape durant laquelle a également été réalisée la cuisson de la première et de la deuxième couche.

Après cuisson, l'épaisseur dans les zones de surépaisseur 10A et 12A était typiquement de l'ordre de 10 à 15 pm. Dans les autres zones l'épaisseur était de 8 pm.