FR2579856A1

FR2579856A1 - Writing device and method for producing electrical circuits

Info

Publication number: FR2579856A1
Application number: FR8504700A
Authority: FR
Inventors: Jean-Bernard Ranger; Claude Courtin; Monique Le Jehan
Original assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Current assignee: Lignes Telegraphiques et Telephoniques LTT SA
Priority date: 1985-03-28
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1986-10-03
Also published as: FR2579856B1

Abstract

Machine intended for producing hybrid circuits by ink deposition 22 on a substrate 1 such as an alumina plate. It comprises a remote-controlled writing head 2 and a device 6, 4 for controlling the ink supply to this head. The writing head is equipped with a writing nozzle 3 in the form of a glass capillary tube.

Description

Dispositif et procédé d'écriture pour la réalisation de circuits électriques.Writing device and method for making electrical circuits.

La présente invention se rapporte à une machine destinée à la réalisation de circuits imprimés, tels que des circuits imprimés sur
Alumine appelés "circuits hybrides, par dépôt d'encre sur un substrat à l'aide d'une tête d'écriture télécommandée, la commande étant généralement effectuée à partir d'un ordinateur.The present invention relates to a machine intended for producing printed circuits, such as printed circuits on
Alumina called "hybrid circuits", by depositing ink on a substrate using a remote-controlled writing head, the control being generally carried out from a computer.

La réalisation, à partir d'un schéma électrique, de circuits hybrides par sérigraphie classique a pour inconvénient d'entraîner un temps d'exécution assez long (trois à quatre mois) et un prix relativermet élevé lorsque l'on s'interesse uniquement à la réalisation d'un prototype. L'utilisation, pour la réalisation de prototypes, d'une technologie d'écriture à crayon encreur, permet d'une part de gagner du temps pour la réalisation de ces circuits prototypes, et d'autre part d'en abaisser le coût tout en y ajoutant un moyen rapide d'effectuer les modifications d'implantation. The draw, from an electrical diagram, of hybrid circuits by conventional screen printing has the disadvantage of leading to a fairly long execution time (three to four months) and a relatively high price when one is interested only in the creation of a prototype. The use, for the production of prototypes, of an ink pen writing technology, allows on the one hand to save time for the production of these prototype circuits, and on the other hand to lower the cost while adding a quick way to make layout changes.

On connatt déjà des dispositifs destinés à déposer de l'encre sur un substrat en vue de la réalisation de circuits électriques, comportant une tête d'écriture télécommandée et un dispositif de commande de l'alimentation en encre de ladite tête fonctionnant généralement par création d'une surpression ou d'une dépression, selon que l'on désire déclencher ou arrêter l'écriture. Les publications suivantes - PROCEEDING 4th European Hybrid Microelectronics Conference 1983,
Copenhagen, p. 291 à 298, - Demande de brevet P.C.T NO WO 84/01825, décrivent des exemples de telles réalisations.Devices are already known for depositing ink on a substrate for the production of electrical circuits, comprising a remote-controlled writing head and a device for controlling the supply of ink to said head generally operating by creating 'an overpressure or depression, depending on whether you want to start or stop writing. The following publications - PROCEEDING 4th European Hybrid Microelectronics Conference 1983,
Copenhagen, p. 291 to 298, - PCT patent application NO WO 84/01825, describe examples of such embodiments.

On a constaté avec ces dispositifs connus, qui utilisent classiquement des buses d'encrage en acier ou en céramique, des défauts de marquage se produisant généralement soit en début soit en fin de trait, défauts qui sont très probablement dus aux matériaux utilisés pour la constitution de ces buses de dépôt d'encre, en combinaison avec les caractéristiques de corrosion et la tixotropie de ces encres spéciales, destinées à l'impression de circuits électriques. It has been noted with these known devices, which conventionally use steel or ceramic inking nozzles, marking defects generally occurring either at the start or at the end of the line, defects which are very probably due to the materials used for the constitution. of these ink deposition nozzles, in combination with the corrosion characteristics and the tixotropy of these special inks, intended for the printing of electrical circuits.

L'invention se rapporte donc à un dispositif, destiné à déposer de l'encre sur un substrat en vue de la réalisation de circuits électriques, de performances améliorées par rapport aux dispositifs de ce type connus jusqu'alors. Un tel dispositif est du type comportant une tête d'écriture télécommandée et un dispositif de commande de l'alimentation en encre de ladite tête par création d'une surpression ou d'une dépression, selon que l'on désire déclencher ou arrêter l'écriture, et il est caractérisé en ce que ladite tête d'écriture est équipée d'une buse en forme de tube capillaire et en verre, ou matériau analogue de mêmes propriétés physico-chimiques. The invention therefore relates to a device, intended to deposit ink on a substrate for the production of electrical circuits, with improved performance compared to devices of this type known hitherto. Such a device is of the type comprising a remote-controlled writing head and a device for controlling the supply of ink to said head by creating an overpressure or a depression, depending on whether one wishes to trigger or stop the writing, and it is characterized in that said writing head is equipped with a nozzle in the form of a capillary tube and made of glass, or similar material with the same physicochemical properties.

On remarquera au passage que l'utilisation, pour une telle application, d'une buse en forme d'aiguille hypodermique en verre, ne vient pas normalement à l'esprit de l'homme de métier, car celui-ci aura tendance à rejeter de prime abord une telle solution en raison du caractère à priori cassant d'une telle buse et de la difficulté d'obtenir un trou régulier d'une centaine de microns de diamètre. It will be noted in passing that the use, for such an application, of a nozzle in the form of a hypodermic glass needle, does not normally come to the mind of a person skilled in the art, because the latter will tend to reject at first glance such a solution because of the a priori brittle nature of such a nozzle and the difficulty of obtaining a regular hole of a hundred microns in diameter.

L'invention concerne également un procédé de mise en oeuvre d'un tel dispositif, caractérisé en ce qu'il consiste à créer, en fin de trait, une dépression suffisante pour permettre à l'encre de remonter dans la buse sur substantiellement toute la longueur de celle-ci. On garantit ainsi, à l'écriture du trait suivant, une mise en vitesse de l'encre avant son apparition à l'embout de.la buse suffisante pour lui conférer une fluidité permettant d'éviter la formation d'un "pâté" en début de trait. Avantageusement par ailleurs, on réalise, de manière à éviter une trop grande perte de fluidité de l'encre entre deux cycles d'écriture, un cycle d'attente comportant des mises en pression et dépression alternées et destinées à faire effectuer à l'encre des parcours d'aller et de retour dans la buse sans qu'elle en sorte vers l'extérieur. The invention also relates to a method of implementing such a device, characterized in that it consists in creating, at the end of the line, a depression sufficient to allow the ink to rise in the nozzle over substantially the entire length of it. This guarantees, when writing the following line, that the ink is speeded up before it appears at the nozzle of the nozzle sufficient to give it a fluidity which prevents the formation of a "block" in start of line. Advantageously, moreover, in order to avoid too great a loss of fluidity of the ink between two writing cycles, a waiting cycle is carried out comprising alternating pressurizations and depression intended to cause the ink to be carried out. back and forth routes in the nozzle without it going outside.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une représentation schématique d'une machine d'écriture de circuits électriques conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue latérale agrandie de la buse de dépôt d'encre équipant la machine de la figure 1, - la figure 3 est un diagramme des mises en pression et dépression de la buse de la machine de la figure 1 au cours d'un même cycle d'écritures d'un circuit électrique, - la figure 4 est un diagramme simplifié du cycle d'attente appliqué à la machine de l'invention entre deux cycles d'écritures, par exemple de deux circuits électriques différents sur un même substrat ou sur deux substrats différents. The invention will be better understood using the following description of an exemplary embodiment, with reference to the accompanying drawings in which - Figure 1 is a schematic representation of an electrical circuit writing machine according to invention, - Figure 2 is an enlarged side view of the ink deposition nozzle fitted to the machine of Figure 1, - Figure 3 is a diagram of the pressurization and depression of the nozzle of the machine of Figure 1 during the same write cycle of an electrical circuit, - Figure 4 is a simplified diagram of the standby cycle applied to the machine of the invention between two write cycles, for example of two electrical circuits different on the same substrate or on two different substrates.

La figure 1 représente une machine destinée à déposer, par exemple sous contrôle d'un micro-ordinateur, une encre conductrice sur un substrat 1, par exemple une plaque d'Alumine, en vue de la réalisation d'un circuit électrique. L'encre spéciale est contenue dans une seringue, ou réservoir, étanche 2 et est appliquée sur le substrat 1 par l'intermédiaire d'une buse 3 en forme de tube capillaire. FIG. 1 represents a machine intended for depositing, for example under the control of a microcomputer, a conductive ink on a substrate 1, for example an Alumina plate, for the purpose of producing an electrical circuit. The special ink is contained in a sealed syringe or reservoir 2 and is applied to the substrate 1 by means of a nozzle 3 in the form of a capillary tube.

La seringue 2 est entrainée en déplacement par un dispositif classique, non représenté, commandé classiquement par un micro-ordinateur. The syringe 2 is driven in displacement by a conventional device, not shown, conventionally controlled by a microcomputer.

L'encrage proprement dit est réalisé par un dispositif de mise en pression ou en dépression de la seringue 2 comportant - un tube 4 d'amenée d'une pression ou d'une dépression sur le réservoir 2, équipé comme représenté d'un manomètre de contrôle 5, - un circuit 6 de mise en pression, connecté au tube 4, et comportant un réservoir pressurisé 7 équipé d'un manomètre de contrôle 8, une électro-vanne 9 équipée d'une valve anti-retour 10 de mise à l'air libre et commandée par une entrée 11 de signal électrique, ainsi que des tuyauteries d'interconnexions 12 et 13, - symétriquement un circuit 14 de mise en dépression, connecté au tube 4, et comportant un réservoir dépressurisé 15 équipé d'un manomètre de contrôle 16, une électrovanne 17 équipée d'une valve anti-retour 18 de mise à l'air libre et commandée par une entrée 19 de signal électrique, ainsi que des tuyauteries d'interconnexions 20 et 21. The actual inking is carried out by a device for pressurizing or vacuuming the syringe 2 comprising - a tube 4 for supplying pressure or vacuum to the reservoir 2, equipped as shown with a pressure gauge control 5, - a pressurization circuit 6, connected to the tube 4, and comprising a pressurized tank 7 equipped with a control pressure gauge 8, an electro-valve 9 equipped with a non-return valve 10 for setting open air and controlled by an electrical signal input 11, as well as interconnection pipes 12 and 13, - symmetrically a circuit 14 for placing under vacuum, connected to the tube 4, and comprising a depressurized tank 15 equipped with a control pressure gauge 16, a solenoid valve 17 fitted with a non-return valve 18 for venting and controlled by an electrical signal input 19, as well as interconnection pipes 20 and 21.

La buse capillaire, ou hypodermique, équipant la seringue 2 est représentée en vue agrandie sur la figure 2. Elle est constituée d'un tube capillaire qui, conformément à l'invention, est en verre, ou matériau de mêmes propriétés physico-chimiques de dureté, pôli et résistance aux solvants, tel que du quartz. Elle est fixée sur la seringue 2 contenant l'encre spéciale 22 par l'intermédiaire d'un joint 23 et d'une pièce métallique de fixation et protection 24. La seringue 2 est également métallique. Dans l'exemple considéré, la buse à une longueur d'environ 20 millimètres, son canal intérieur a un diamètre maximal de l'ordre de 2 millimètres, et son embouchure 25 a un diamètre de l'ordre de 100 à 200 microns. The capillary or hypodermic nozzle fitted to the syringe 2 is shown in enlarged view in FIG. 2. It consists of a capillary tube which, according to the invention, is made of glass, or material with the same physico-chemical properties of hardness, polish and resistance to solvents, such as quartz. It is fixed to the syringe 2 containing the special ink 22 by means of a seal 23 and a metal fixing and protection piece 24. The syringe 2 is also metallic. In the example considered, the nozzle has a length of approximately 20 millimeters, its internal channel has a maximum diameter of the order of 2 millimeters, and its mouth 25 has a diameter of the order of 100 to 200 microns.

Le fonctionnement du dispositif de la figure 1 est le suivant
Au départ, les deux électrovannes 9 et 17 sont supposées être au repos dans la position représentée sur la figure 1, dans laquelle les canalisations 13 et 21 sont reliées à l'air libre. Aucune pression ou dépression n'est donc supposée être appliquée sur la seringue 2 par la tuyauterie 4 et l'encre 22 est donc immobile dans celle-ci, la buse 3 étant de section interne trop faible pour que l'encre puisse s'y écouler vers le bas sous l'effet de la gravité, en raison de la viscosité élevée de ce type d'encre spéciale pour écriture de circuits électriques.The operation of the device in FIG. 1 is as follows
At the start, the two solenoid valves 9 and 17 are assumed to be at rest in the position shown in FIG. 1, in which the pipes 13 and 21 are connected to the open air. No pressure or vacuum is therefore supposed to be applied to the syringe 2 by the tubing 4 and the ink 22 is therefore immobile in the latter, the nozzle 3 being of internal section too small for the ink to be able to be there. flow down under the effect of gravity, due to the high viscosity of this type of special ink for writing electrical circuits.

Pour écrire, on applique en 11 un signal électrique de fermeture de l'électrovanne 9. La surpression du réservoir 7 est alors appliquée aux tuyauteries 13, 21 et 4, ce qui ferme la valve anti-retour 18 et propulse l'encre 22 vers le bas sous l'effet de la pression d'air comprimé appliquée au réservoir 2 par l'intermédiaire de la tuyauterie 4. La seringue 2 est mise alors en mouvement latéral pour tracer sur le substrat 1 le trait électrique souhaité. To write, an electrical signal for closing the solenoid valve 9 is applied at 11. The overpressure of the reservoir 7 is then applied to the pipes 13, 21 and 4, which closes the non-return valve 18 and propels the ink 22 towards the bottom under the effect of the compressed air pressure applied to the reservoir 2 via the piping 4. The syringe 2 is then set in lateral movement to trace on the substrate 1 the desired electrical line.

En fin de trait, conformément à une caractéristique de l'invention, on ne se contente pas de stopper, par absence du signal électrique en 11, la mise en surpression du réservoir 2, mais on applique en outre pendant un temps défini un signal électrique en 19, ce qui permet, par fermeture de l'électrovanne 17, de mettre les tuyaux 21, 13 et 4, à la dépression du réservoir à vide 15, la vanne anti-retour 10 se refermant sous l'effet de l'aspiration. On permet ainsi à l'encre 22 de remonter sur toute la longueur de la buse 3, et même un peu audessus dans l'exemple considéré, comme représenté sur la figure 2. On coupe alors le signal électrique en 19, ce qui rouvre l'électrovanne 17, et permet donc de relier l'ensemble des tuyauteries 21, 13, et 4, et donc aussi la partie supérieure de la seringue 2, à la pression atmosphérique par les valves 10 et 18.De la sorte, la prochaine phase d'écriture commencera nécessairement par une mise en vitesse de l'encre 22, celle-ci devant parcourir toute la longueur de la buse 3 avant d'atteindre son embouchure 25, ce qui lui permet d'acquérir une fluidité permettant dtéviter des défauts d'écriture en début et fin de trait. At the end of the line, in accordance with a characteristic of the invention, it is not sufficient to stop, by absence of the electrical signal at 11, the overpressure of the reservoir 2, but an electrical signal is also applied for a defined time. in 19, which allows, by closing the solenoid valve 17, to put the pipes 21, 13 and 4, at the vacuum of the vacuum tank 15, the non-return valve 10 closing under the effect of the suction . The ink 22 is thus allowed to go up over the entire length of the nozzle 3, and even a little above in the example considered, as shown in FIG. 2. The electrical signal is then cut at 19, which reopens l solenoid valve 17, and therefore makes it possible to connect all of the pipes 21, 13, and 4, and therefore also the upper part of the syringe 2, at atmospheric pressure by the valves 10 and 18. Thus, the next phase of writing will necessarily start with a setting in speed of the ink 22, this one having to traverse all the length of the nozzle 3 before reaching its mouth 25, which allows it to acquire a fluidity making it possible to avoid defects d writing at the beginning and end of the stroke.

On se reportera maintenant à la figure 3 qui montre un diagramme représentatif de la pression P sur la seringue 2 en fonction du temps t au cours du tracé d'un trait faisant partie d'un cycle d'écritures d'un schéma électrique donné sur un substrat. Sur ce diagramme, ltorigine de l'axe des pressions P a pour valeur la pression atmosphérique. We will now refer to FIG. 3 which shows a diagram representative of the pressure P on the syringe 2 as a function of time t during the drawing of a line forming part of a write cycle of an electrical diagram given on a substrate. In this diagram, the origin of the pressure axis P has the value of atmospheric pressure.

L'échelle des temps est figurée en millisecondes, à titre d'exemple purement indicatif et nullement limitatif.The time scale is shown in milliseconds, by way of example only and in no way limiting.

Comme on le voit sur le diagramme, avant le temps t = O de début d'écriture du trait, la pression sur la seringue 2 est la pression atmosphérique, l'encre étant supposée remontée jusqu'en haut de la buse, comme représenté sur la figure 2. As can be seen in the diagram, before the time t = 0 for the start of writing the line, the pressure on syringe 2 is atmospheric pressure, the ink being assumed to have risen to the top of the nozzle, as shown in Figure 2.

Au temps t = O, correspondant au top d'écriture du trait, la pression d'écriture Pe est appliquée à la seringue, son temps de montée en pression TP étant fini, et de l'ordre de 140 millisecondes sur le diagramme. At time t = 0, corresponding to the line writing top, the writing pressure Pe is applied to the syringe, its time for pressure rise TP being finished, and of the order of 140 milliseconds on the diagram.

L'écriture s'effectue pendant un temps Y, de 750 millisecondes dans cet exemple, pendant lequel la pression Pe est maintenue. The writing is carried out for a time Y, of 750 milliseconds in this example, during which the pressure Pe is maintained.

Une dépression (- PV) est alors appliquée sur la seringue 2, avec un temps de passage Y1, et est maintenue pendant un temps TV, ici 400 millisecondes, suffisant pour permettre à l'encre de remonter jusqu'en haut de la buse (position représentée figure 2). A vacuum (- PV) is then applied to the syringe 2, with a passage time Y1, and is maintained for a time TV, here 400 milliseconds, sufficient to allow the ink to rise to the top of the nozzle ( position shown in Figure 2).

La seringue est alors mise à la pression atmosphérique pendant un temps de repos TR, de l'ordre de une seconde, puis l'écriture du trait suivant est déclenchée de la même façon. The syringe is then brought to atmospheric pressure during a rest time TR, of the order of one second, then the writing of the next line is triggered in the same way.

On réalise ainsi plusieurs écritures successives de traits formant l'ensemble d'un cycle d'écritures, correspondant par exemple à un schéma électrique déterminé sur un substrat. Ce cycle d'écritures terminé, on se trouve normalement en présence d'un temps d'attente nécessaire avant l'écriture d'un autre circuit électrique, ou portion de circuit électrique, soit sur un autre substrat, soit sur le même substrat. Ce temps d'attente pouvant être long, on court alors le risque d'une importante perte de fluidité de l'encre contenue dans la seringue 2. Several successive writes of lines are thus formed forming the whole of a write cycle, corresponding for example to an electrical diagram determined on a substrate. This writing cycle finished, we are normally in the presence of a waiting time necessary before writing another electrical circuit, or portion of electrical circuit, either on another substrate, or on the same substrate. This waiting time can be long, there is then the risk of a significant loss of fluidity of the ink contained in the syringe 2.

Conformément à l'invention, ou pallie à cette difficulté en faisant subir, pendant le temps d'attente, des trajets de va-et-vient successifs à l'encre à l'intérieur de la buse. La figure 4 montre le diagramme des temps relatifs à un cycle d'attente selon ce procédé. According to the invention, or overcomes this difficulty by subjecting, during the waiting time, successive back-and-forth journeys with ink inside the nozzle. FIG. 4 shows the diagram of the times relating to a waiting cycle according to this method.

Comme on le voit sur la figure 4, le cycle d'attente est créé par une succession d'intervalles suivants, se succédant de gauche à droite sur le diagramme - premier temps TV : aspiration de mêmes caractéristiques que celle relative au temps TV de la figure 3, pendant lequel on fait remonter l'encre jusqu'en haut de la buse (environ 400 millisecondes dans cet exemple), - premier temps TA : temps d'attente, de l'ordre de une seconde par exemple, pendant lequel la buse est sous pression atmosphèrique, - premier temps TP : mise en pression de la seringue suffisante pour faire descendre l'encre jusque vers l'embouchure 25 de la buse, sans qu'elle en sorte à l'extérieur ; ce temps TP est à règler selon le type d'encre, il est de l'ordre d'une centaine de millisecondes en général, - deuxième temps TV : à nouveau 400 millisecondes de mise en dépression pour permettre à l'encre de remonter jusqu'en haut de la buse, - deuxième temps TA :temps de repos de une seconde comme précédemment, - etc ... As seen in Figure 4, the waiting cycle is created by a succession of following intervals, successive from left to right on the diagram - first time TV: aspiration of the same characteristics as that relating to the time TV of the FIG. 3, during which the ink is brought up to the top of the nozzle (approximately 400 milliseconds in this example), - first time TA: waiting time, of the order of one second for example, during which the nozzle is under atmospheric pressure, - first stage TP: pressurization of the syringe sufficient to bring the ink down to the mouth 25 of the nozzle, without it coming out; this time TP is to be adjusted according to the type of ink, it is of the order of a hundred milliseconds in general, - second time TV: again 400 milliseconds of depressurization to allow the ink to rise to '' at the top of the nozzle, - second time TA: rest time of one second as before, - etc ...

Claims

1 / Device for depositing ink (22) on a substrate (1) for the production of electrical circuits, of the type comprising a remote-controlled writing head (2) and a control device (6, 14) supplying ink to said head by creating an overpressure or a depression, depending on whether one wishes to start or stop writing, characterized in that said writing head (2) is equipped with a nozzle (3) in the form of a capillary tube and made of glass, or analog material with the same physicochemical properties.

2 / A method of implementing the device according to claim 1, characterized in that it consists in creating, at the end of the line, a depression sufficient to allow the ink to rise in the nozzle over substantially the entire length of that -this.

3 / A method according to claim 2, characterized in that it also consists in carrying out, using said supply control device (6, 14), a waiting cycle between two write cycles comprising alternating pressurization (TP) and depression (TV) and intended to cause the ink to go back and forth in the nozzle (13) without giving it the possibility of leaving it outside.