CH719596B1 - Process for drying a layer of conductive ink on a polymeric layer of a flexible multilayer structure. - Google Patents

Process for drying a layer of conductive ink on a polymeric layer of a flexible multilayer structure. Download PDF

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CH719596B1 CH000427/2022A CH4272022A CH719596B1 CH 719596 B1 CH719596 B1 CH 719596B1 CH 000427/2022 A CH000427/2022 A CH 000427/2022A CH 4272022 A CH4272022 A CH 4272022A CH 719596 B1 CH719596 B1 CH 719596B1
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Abstract

L'invention concerne un procédé de séchage d'une couche d'encre conductrice lors de la fabrication d'une structure multicouches flexible (100), planaire, sous forme de film, par exemple une structure électronique ou une structure électrothermique, le procédé comprenant le dépôt d'une couche d'encre conductrice sur une couche polymérique que comporte ladite structure multicouches flexible, l'encre conductrice étant une encre de graphène, préparée en mélangeant du graphène avec des résines et/ou des solvants, et le séchage de la couche d'encre conductrice, caractérisé en ce que ledit séchage est fait par rayons infrarouges.The invention relates to a method for drying a layer of conductive ink during the manufacture of a flexible, planar, multilayer structure (100) in film form, for example an electronic structure or an electrothermal structure, the method comprising deposition of a layer of conductive ink on a polymeric layer comprising said flexible multilayer structure, the conductive ink being a graphene ink, prepared by mixing graphene with resins and/or solvents, and drying the conductive ink layer, characterized in that said drying is done by infrared rays.

Description

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

[0001] La présente invention porte un procédé de séchage d'une couche d'encre conductrice sur une couche polymérique lors de la fabrication d'une structure multicouches flexible, ladite encre conductrice étant une encre de graphène. The present invention relates to a method for drying a layer of conductive ink on a polymeric layer during the manufacture of a flexible multilayer structure, said conductive ink being a graphene ink.

ÉTAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE TECHNIQUE

[0002] Il existe des films chauffants comportant une couche électrothermique entre deux couches isolantes. Des films flexibles comportant des composants électroniques sont également connus, ces films comportant des composant électroniques tels des résistances, des capacités, ou des antennes RF par exemple. D'autres films flexibles peuvent être utilisés pour faire des batteries. Ces films utilisent souvent de l'encre conductrice, qui doit être séchée avant d'ajouter une autre couche, par exemple une couche d'isolant. Un but de la présente invention est d'améliorer un tel procédé, par exemple en le rendant plus rapide, entre autres. [0002] There are heating films comprising an electrothermal layer between two insulating layers. Flexible films comprising electronic components are also known, these films comprising electronic components such as resistors, capacitors, or RF antennas for example. Other flexible films can be used to make batteries. These films often use conductive ink, which must be dried before adding another layer, for example a layer of insulation. An aim of the present invention is to improve such a process, for example by making it faster, among other things.

RÉSUMÉ DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION

[0003] Un but de la présente invention est de définir un procédé de séchage d'une couche d'encre conductrice dans la fabrication de structures multicouches flexibles, par exemple les structures électroniques ou les structures électrothermiques. [0003] An aim of the present invention is to define a method for drying a layer of conductive ink in the manufacture of flexible multilayer structures, for example electronic structures or electrothermal structures.

[0004] Selon un premier aspect, un procédé de séchage d'une couche d'encre conductrice lors de la fabrication d'une telle structure multicouches flexible, planaire, sous forme de film, est présenté. Le procédé comporte les étapes suivantes: dépôt d'une couche d'encre conductrice sur une couche polymérique que comportera ladite structure multicouches flexible, l'encre conductrice étant une encre de graphène, préparée en mélangeant du graphène avec des résines et / ou des solvants ; séchage de la couche d'encre conductrice; ; et séchage de la couche d'encre conductrice; caractérisé en ce que ledit séchage est fait par en exposant l'encre conductrice aux rayons infrarouges.[0004] According to a first aspect, a method of drying a layer of conductive ink during the manufacture of such a flexible, planar multilayer structure, in the form of a film, is presented. The method comprises the following steps: depositing a layer of conductive ink on a polymeric layer which will comprise said flexible multilayer structure, the conductive ink being a graphene ink, prepared by mixing graphene with resins and/or solvents ; drying of the conductive ink layer; ; and drying the conductive ink layer; characterized in that said drying is done by exposing the conductive ink to infrared rays.

[0005] Selon un deuxième aspect, une structure électronique et électrothermique multicouches flexible, planaire, sous forme de film, est présentée, la structure comportant un dépôt d'une couche d'encre conductrice sur une couche polymérique que comporte ladite structure, l'encre conductrice étant une encre de graphène, préparée en mélangeant du graphène avec des résines et/ou des solvants, et séchée selon ledit procédé. [0005] According to a second aspect, a flexible, planar multilayer electronic and electrothermal structure, in the form of a film, is presented, the structure comprising a deposition of a layer of conductive ink on a polymeric layer which said structure comprises, the conductive ink being a graphene ink, prepared by mixing graphene with resins and/or solvents, and dried according to said method.

DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINSSUMMARY DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0006] Les caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description de plusieurs formes d'exécution données uniquement à titre d'exemple, nullement limitative en se référant à la figure schématique, dans laquelle: – La figure 1 montre les différentes couches présentes dans une structure électrothermique.[0006] The characteristics of the invention will appear more clearly on reading the description of several embodiments given solely by way of example, in no way limiting with reference to the schematic figure, in which: – Figure 1 shows the different layers present in an electrothermal structure.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTIONDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0007] La présente invention concerne un procédé de séchage d'une couche conductrice lors de la fabrication d'une structure électronique multicouches flexible. La structure est sensiblement planaire, de préférence longiforme, s'étendant dans deux dimensions sur une longueur et une largeur, la longueur étant, de préférence, plusieurs fois plus importante que la largeur. The present invention relates to a method for drying a conductive layer during the manufacture of a flexible multilayer electronic structure. The structure is substantially planar, preferably elongated, extending in two dimensions over a length and a width, the length preferably being several times greater than the width.

[0008] La structure est une structure électronique dans le sens qu'elle comporte des composants ou circuits électroniques, ces circuits ou composant étant soit positionnés ou déposés, soit imprimés par un procédé de sérigraphie, par exemple. Selon la fonctionnalité requise, ces circuits ou composants peuvent être des résistances, des capacités, des diodes, des selfs, des transistors ou des capteurs de différents types, par exemple. La structure peut comporter un matériau électrothermique pour produire de la chaleur La structure peut comporter une couche conductrice comprenant des tracées conductrices pour lier les composants et / ou les éléments électrothermiques ensemble pour faire un ou plusieurs circuits électriques. La structure multicouche peut être utilisé pour fabriquer des batteries. De telles structures peuvent être utilisé pour faire des films photovoltaïques. The structure is an electronic structure in the sense that it comprises electronic components or circuits, these circuits or components being either positioned or deposited, or printed by a screen printing process, for example. Depending on the required functionality, these circuits or components can be resistors, capacitors, diodes, chokes, transistors or sensors of different types, for example. The structure may include an electrothermal material to produce heat. The structure may include a conductive layer comprising conductive traces for bonding the components and/or the electrothermal elements together to make one or more electrical circuits. The multilayer structure can be used to make batteries. Such structures can be used to make photovoltaic films.

[0009] La partie électronique des structures électroniques multicouches flexibles est située sur une ou plusieurs couches entre un substrat et une passivation, le substrat et la passivation étant des isolants électriques, par exemple un polymère. La passivation et le substrat pouvet comporter chacun deux couches du polymère collées ensemble. La structure est donc l'étanche à l'air et à l'eau, électriquement isolante et résistante mécaniquement contre les griffures et / ou des coupures. The electronic part of the flexible multilayer electronic structures is located on one or more layers between a substrate and a passivation, the substrate and the passivation being electrical insulators, for example a polymer. The passivation and the substrate may each comprise two layers of the polymer glued together. The structure is therefore airtight and watertight, electrically insulating and mechanically resistant against scratches and/or cuts.

[0010] Le polymère flexible peut être, par exemple, le polyéthylène téréphtalate (PET). D'autres polymères sont également possible, par exemple le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polychlorure de vinyle (PVC), le PVC souple (PVC-P), le polystyrène (PS), le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polyoxyméthylène (POM), le polytéréphtalate d'éthylène (PET), le polyester, le co-polyester, la polyétheréthercétone (PEEK), le polyamide, notamment le polyamide 6 (PA6), le polyamide 12 (PA12), le polyamide 10, le polyamide 610, le polyamide 66, le polyamide à base de constituants aliphatiques et cycloaliphatiques tels que notamment MACM 12 ou le co-polyamide amorphe, de préférence à base de PA12, ou des copolymères ou mélanges de ceux-ci. The flexible polymer may be, for example, polyethylene terephthalate (PET). Other polymers are also possible, for example polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), soft PVC (PVC-P), polystyrene (PS), polycarbonate (PC) , polymethyl methacrylate (PMMA), polyoxymethylene (POM), polyethylene terephthalate (PET), polyester, co-polyester, polyetheretherketone (PEEK), polyamide, in particular polyamide 6 (PA6), polyamide 12 (PA12), polyamide 10, polyamide 610, polyamide 66, polyamide based on aliphatic and cycloaliphatic constituents such as in particular MACM 12 or amorphous co-polyamide, preferably based on PA12, or copolymers or mixtures of these.

[0011] Les structures électroniques multicouches flexibles comporte un socle et un chapeau. Le chapeau comporte une couche électrothermique et le socle comporte la couche conductrice qui peut comporter de l'électronique. Les structures électroniques multicouches flexibles de la présente invention peuvent être produites sur une ligne de fabrication. La partie électronique peut être imprimée sur la passivation pour faire un socle Le chapeau est ensuite rattaché sur un substrat, soit le socle, par de la colle. Le collage peut être réalisé par une colle qui agit avec une pression mécanique, soit une „PSA“ (pressure sensitive adhésive), un adhésif sensible à la pression Un PSA est un type d'adhésif non réactif qui forme une liaison lorsqu'une pression est appliquée pour lier l'adhésif à une surface. [0011] The flexible multilayer electronic structures comprise a base and a cap. The hat includes an electrothermal layer and the base includes the conductive layer which may include electronics. The flexible multilayer electronic structures of the present invention can be produced on a manufacturing line. The electronic part can be printed on the passivation to make a base. The hat is then attached to a substrate, i.e. the base, using glue. Bonding can be achieved by an adhesive which acts with mechanical pressure, i.e. a "PSA" (pressure sensitive adhesive), a pressure sensitive adhesive. A PSA is a type of non-reactive adhesive which forms a bond when pressure is applied. is applied to bond the adhesive to a surface.

[0012] Une couche de passivation peut être déroulée depuis un premier rouleau principal 210. Optionnellement cette couche de passivation peut être enroulée sur un deuxième rouleau principal 220 La passivation est de préférence un polymère, comme décrit plus haut Pour favoriser un bon accrochage des couches qui vont être appliquées sur la passivation, cette passivation peut, optionnellement, être préalablement traité au plasma. [0012] A passivation layer can be rolled out from a first main roller 210. Optionally this passivation layer can be rolled up on a second main roller 220. The passivation is preferably a polymer, as described above To promote good adhesion of the layers which will be applied to the passivation, this passivation can, optionally, be previously treated with plasma.

[0013] Selon le type de structure électronique à faire, par exemple un film chauffant comportant une couche électrothermique, une couche photovoltaïque ou une batterie, la structure comporte du graphène. Cette couche peut être réalisé en déposant une encre de graphène. L'encre est préparée en mélangeant du graphène avec des résines et / ou des solvants [0013] Depending on the type of electronic structure to be made, for example a heating film comprising an electrothermal layer, a photovoltaic layer or a battery, the structure comprises graphene. This layer can be produced by depositing a graphene ink. The ink is prepared by mixing graphene with resins and/or solvents

[0014] Pour une encre électrothermique, par exemple, la structure moléculaire du graphène est hexagonale en deux dimensions. Pour une encre conductrice, on peut utiliser des microparticules, voire de nanoparticules, de graphène. Les nanoparticules de graphène peuvent avoir une taille de l'ordre de 1 nm à 100nm. Selon un mode de réalisation la forme moléculaire des nanoparticules peut être des nano-fils de graphène, par exemple. [0014] For an electrothermal ink, for example, the molecular structure of graphene is hexagonal in two dimensions. For a conductive ink, we can use microparticles, or even nanoparticles, of graphene. Graphene nanoparticles can have a size on the order of 1 nm to 100nm. According to one embodiment, the molecular shape of the nanoparticles can be graphene nanowires, for example.

[0015] On peut utiliser un mélangeur planétaire pour assurer une bonne homogénéité d'encre sans bulles d'air. A planetary mixer can be used to ensure good ink homogeneity without air bubbles.

[0016] Une couche d'encre de graphène préalablement mélangée est déposée sur la passivation, préférablement par un procédé de slot dies, pendant que la passivation se déroule sous la tête du slot die. L'épaisseur de cette couche peut être contrôlée en contrôlant la vitesse de déroulement du polymère. L'encre peut être brassée ou mélangé en même temps qu'elle est pompée dans la tête du slot die La pression de la pompe peut aussi être utiliser pour contrôler l'épaisseur de la couche d'encre de graphène. Pour une structure électrothermique, le graphène ne va pas jusqu'aux bords dans la largeur de la passivation. [0016] A layer of previously mixed graphene ink is deposited on the passivation, preferably by a slot die process, while the passivation takes place under the head of the slot die. The thickness of this layer can be controlled by controlling the unwinding speed of the polymer. The ink can be stirred or mixed at the same time as it is pumped into the slot die head. The pump pressure can also be used to control the thickness of the graphene ink layer. For an electrothermal structure, the graphene does not go all the way to the edges in the width of the passivation.

[0017] La couche d'encre de graphène est ensuite séchée, préférablement par un procédé de séchage au rayons infrarouges proches (NIR) (ondes courtes), ce qui favorise un séchage rapide de l'encre sans endommager le polymère. Le séchage peut se faire par impulsions. Les encres sèchent à 120° C pendant environ 10 minutes, ce qui est beaucoup plus rapide que les autres techniques sans rayons infrarouges, qui peuvent avoir des vitesses autour de 6 m/mn pour un tunnel de séchage de 60m à 125 degrés par exemple. Avec les rayons infrarouges le séchage peut prendre autour des une à deux secondes sur une distance de 0.5m ou 1 m. [0017] The graphene ink layer is then dried, preferably by a near infrared (NIR) ray (short wave) drying process, which promotes rapid drying of the ink without damaging the polymer. Drying can be done in pulses. The inks dry at 120°C for around 10 minutes, which is much faster than other techniques without infrared rays, which can have speeds around 6 m/min for a 60m drying tunnel at 125 degrees for example. With infrared rays drying can take around one to two seconds over a distance of 0.5m or 1m.

[0018] Une couche dit „carrier“ est appliquée sur la passivation. Cette couche peut être appliquée avant, pendant ou après la couche d'encre de graphène. La couche carrier peut être en matériau polymère. La couche carrier peut être déroulée par un premier rouleau carrier 230 et enroulée par un deuxième rouleau carrier 240. Cette couche peut être du PET qui est préparée avec une couche de colle PSA. Une pression peut être exercée sur la couche de carrier et la passivation pour les faire coller ensemble, par exemple avec une paire de rouleaux en configuration d'essoreuse à rouleau. [0018] A so-called “carrier” layer is applied to the passivation. This layer can be applied before, during or after the graphene ink layer. The carrier layer may be made of polymer material. The carrier layer can be unrolled by a first carrier roller 230 and rolled up by a second carrier roller 240. This layer can be PET which is prepared with a layer of PSA glue. Pressure can be applied to the carrier layer and passivation to make them stick together, for example with a pair of rollers in a roller spinner configuration.

[0019] La couche de graphène est généralement continue sur la passivation après le procédé d'encrage décrit dessus. Il est possible de diviser cette couche de graphène en une pluralité de blocs de graphène, ou d'autres designs définis. Pour pouvoir réaliser des zones déterminées d'encrage sur la passivation avec des designs définis, des évidements sont fait dans graphène. Les évidements peuvent être faits avec un système d'emporte-pièce sur tambour pour séparer des zones d'encrage prédéfini par des coupures. Les coupures sont faites dans la couche graphène et la couche de polymère, jusqu'à la couche carrier. En retirant la couche carrier, les régions de couches de graphène qui ont été découpées soit les chutes, restent collées au carrier et peuvent être rejetées. Autrement, cette operation peut être réalisée par une découpe laser. [0019] The graphene layer is generally continuous on the passivation after the inking process described above. It is possible to divide this graphene layer into a plurality of graphene blocks, or other defined designs. To be able to create specific areas of inking on the passivation with defined designs, recesses are made in graphene. The recesses can be made with a drum punch system to separate predefined inking areas with cuts. The cuts are made in the graphene layer and the polymer layer, up to the carrier layer. By removing the carrier layer, the regions of graphene layers that have been cut or scrap remain stuck to the carrier and can be discarded. Otherwise, this operation can be carried out by laser cutting.

[0020] Une deuxième couche de passivation est appliquée avec une colle PSA. [0020] A second layer of passivation is applied with PSA glue.

[0021] Pour compléter le chapeau, des électrodes sont posées. Optionnellement des circuits intégrés ou des capteurs ou des modules RFID peuvent être posés ou imprimés sur le chapeau, ainsi que de la connectique électrique, pour faire le circuit électronique voulu. Les circuits, modules ou capteurs sont placés dans les endroits qui ont été évidés. [0021] To complete the cap, electrodes are placed. Optionally integrated circuits or sensors or RFID modules can be placed or printed on the hat, as well as electrical connections, to make the desired electronic circuit. The circuits, modules or sensors are placed in the places which have been hollowed out.

[0022] Finalement, des bandeaux ou rubans de colle PSA sont placées dans une partie de chaque évidement et le long de la passivation sur les bords qui sont dépourvus de graphène. Un bandeau ou ruban adhésif PSA peut donc être déroulé et attaché sur la passivation sur les deux bords de la structure où il n'y a pas de graphène. Le ruban adhésif peut aussi être collé dans les endroits évidés, par exemple prédécoupé avec la machine en mode „label“. [0022] Finally, strips or ribbons of PSA glue are placed in part of each recess and along the passivation on the edges which are devoid of graphene. A PSA strip or adhesive tape can therefore be unrolled and attached to the passivation on both edges of the structure where there is no graphene. The adhesive tape can also be stuck in the hollow areas, for example pre-cut with the machine in “label” mode.

[0023] Une couche de polymère de substrat peut être préparée avec des circuits intégrés ou des composants électriques ou des capteurs ou antennes ou chip RFID ou autre circuit imprimé, ainsi que des électrodes pour connecter l'électronique et / ou pour connecter au graphène. Comme la couche de passivation, il est possible de traiter la couche de substrat avec du plasma pour améliorer l'accrochage des autres couches par-dessus. Sur cette couche de substrat il peut aussi y avoir de la connectique, déposée ou imprimée, par exemple pour relier plusieurs structures ensemble. Les électrodes et la connectique peuvent être formés avec une encre conductrice comme décrit dessus. Cette couche polymérique, le socle, peut être déroulée par-dessus du chapeau et le chapeau et le socle collés ensemble grâce aux rubans adhésifs préalablement positionnés. [0023] A substrate polymer layer can be prepared with integrated circuits or electrical components or sensors or antennas or RFID chip or other printed circuit, as well as electrodes for connecting the electronics and/or for connecting to the graphene. Like the passivation layer, it is possible to treat the substrate layer with plasma to improve the bonding of the other layers on top. On this substrate layer there can also be connectors, deposited or printed, for example to connect several structures together. The electrodes and connectors can be formed with a conductive ink as described above. This polymeric layer, the base, can be rolled out over the hat and the hat and the base glued together using the adhesive tapes previously positioned.

[0024] Une deuxième couche polymérique de passivation, préparée avec une couche de colle PSA peut être collée à la première couche de passivation. Similairement, une deuxième couche polymérique de substrat, préparé avec une colle PSA peut être collé sur la première couche de substrat. [0024] A second polymeric passivation layer, prepared with a layer of PSA glue, can be glued to the first passivation layer. Similarly, a second polymeric substrate layer, prepared with PSA glue, can be glued to the first substrate layer.

[0025] Si la structure comporte un ou plusieurs chip RFID, une étape de test comporte une lecture de la chip RFID. If the structure includes one or more RFID chips, a test step includes reading the RFID chip.

[0026] La structure peut être découpé en longs morceaux comportant un nombre donné de blocs de graphène. The structure can be cut into long pieces comprising a given number of graphene blocks.

Claims (2)

1. Procédé de séchage d'une couche d'encre conductrice lors de la fabrication d'une structure multicouches flexible (100) planaire, sous forme de film, par exemple une structure électronique ou une structure électrothermique, le procédé comprenant : dépôt d'une couche d'encre conductrice sur une couche polymérique que comportera ladite structure multicouches flexible, l'encre conductrice, étant une encre de graphène, préparée en mélangeant du graphène avec des résines et / ou des solvants ; et séchage de la couche d'encre conductrice; caractérisé en ce que ledit séchage est fait par rayons infrarouges.1. Method for drying a layer of conductive ink during the manufacture of a planar flexible multilayer structure (100), in the form of a film, for example an electronic structure or an electrothermal structure, the method comprising: depositing a layer of conductive ink on a polymeric layer which will comprise said flexible multilayer structure, the conductive ink, being a graphene ink, prepared by mixing graphene with resins and/or solvents; And drying of the conductive ink layer; characterized in that said drying is done by infrared rays. 2. Structure multicouches (100), flexible, planaire, sous forme de film, par exemple une structure électronique ou une structure électrothermique, comportant un dépôt d'une couche d'encre conductrice sur une couche polymérique que comporte ladite structure, l'encre conductrice étant une encre de graphène, préparée en mélangeant du graphène avec des résines et/ou des solvants, et séchée selon le procédé de séchage selon la revendication 1.2. Multilayer structure (100), flexible, planar, in the form of a film, for example an electronic structure or an electrothermal structure, comprising a deposition of a layer of conductive ink on a polymeric layer which comprises said structure, the ink conductive being a graphene ink, prepared by mixing graphene with resins and/or solvents, and dried according to the drying process according to claim 1.
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