CH719596B1 - Procédé de séchage d'une couche d'encre conductrice sur une couche polymérique d'une structure multicouches flexible. - Google Patents

Procédé de séchage d'une couche d'encre conductrice sur une couche polymérique d'une structure multicouches flexible. Download PDF

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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.

Description

DOMAINE TECHNIQUE
[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.
ÉTAT DE LA 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.
RÉSUMÉ DE L'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.
[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.
[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.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
[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.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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.
[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
[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.
[0015] On peut utiliser un mélangeur planétaire pour assurer une bonne homogénéité d'encre sans bulles d'air.
[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.
[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.
[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.
[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.
[0020] Une deuxième couche de passivation est appliquée avec une colle PSA.
[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.
[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“.
[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.
[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.
[0025] Si la structure comporte un ou plusieurs chip RFID, une étape de test comporte une lecture de la chip RFID.
[0026] La structure peut être découpé en longs morceaux comportant un nombre donné de blocs de graphène.

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.
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.
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