FR2834656A1

FR2834656A1 - Pochoir et son dispositif de mise en oeuvre pour le remplissage en contact plan et pour le demoulage progressif et angulaire

Info

Publication number: FR2834656A1
Application number: FR0200283A
Authority: FR
Inventors: Francis Bourrieres; Clement Kaiser
Original assignee: Novatec SA
Current assignee: Novatec SA
Priority date: 2002-01-11
Filing date: 2002-01-11
Publication date: 2003-07-18
Anticipated expiration: 2022-01-11
Also published as: FR2834656B1

Abstract

L'invention concerne un procédé de sérigraphie et son dispositif de mise en oeuvre, à l'aide d'un pochoir (1) à remplissage en contact plan et à démoulage progressif et angulaire, ledit pochoir (1) agissant en coopération avec un organe de transfert (2) se déplaçant d'amont en aval en contact avec la surface du pochoir. Le pochoir est maintenu uniquement sur deux côtés selon la direction de déplacement de l'organe de transfert et pendant que le côté aval du pochoir reste fixe et en contact dans le plan du substrat, le côté amont est maintenu et soulevé par rapport au substrat en impliquant un démoulage autour d'une droite (3) se déplaçant parallèlement en amont de l'organe de transfert au fur et à mesure de son avancement.

Description

POCHOIR ET SON DISPOSITIF DE MISE EN OEUVRE POUR LE REMPLISSAGE EN
CONTACT PLAN ET POUR LE DEMOULAGE PROGRESSIF ET ANGULAIRE CHAMP D'APPLICATION DE L'INVENTION
La présente invention trouve son application pour le transfert de produit visqueux à travers un pochoir. Ce type de dépôt appelé sérigraphique est particulièrement courant dans le domaine de la fabrication électronique où l'on est amené à déposer des crèmes à braser, des colles ou des encres sur un substrat à l'aide d'un pochoir en vue d'y interconnecter des composants ou de créer des bossages d'interconnexion.

DESCRIPTION DE L'ART ANTERIEUR
Les pochoirs utilisés sont constitués d'une feuille métallique ou plastique pleine, tendue par ses quatre côtés sur un cadre et dans laquelle sont pratiquées des ouvertures aux endroits où un dépôt doit être réalisé. La sérigraphie consiste donc à apposer le pochoir tendu sur le substrat et à forcer le produit à travers les ouvertures du pochoir à l'aide d'un dispositif de transfert qui peut être une racle inclinée ou un dispositif d'injection fermé déplacé en appui sur la surface du pochoir, puis le substrat et le pochoir sont séparés en vue de l'évacuation du substrat sérigraphié et de son remplacement par un autre à traiter. On distingue deux modes de sérigraphie au pochoir, le premier qui est aussi le plus utilisé, consiste à travailler en contact, ce qui signifie que le pochoir repose sur toute la surface du substrat durant la phase de remplissage des ouvertures puis, lorsque toutes les ouvertures sont remplies, on procède à un démoulage simultané de tous les dépôts en éloignant le masque tendu selon un mouvement perpendiculaire au substrat. Le deuxième mode de sérigraphie consiste à travailler hors contact, c'est à dire que le pochoir est approché à une distance de quelques dixièmes de millimètres du substrat. Puis lorsque le dispositif de transfert est amené en appui sur le pochoir, il pousse le pochoir en contact avec le substrat dans la zone d'appui au fur et à mesure de son déplacement et simultanément il s'opère un mouvement de séparation du pochoir et du substrat à l'arrière du dispositif de transfert.

Les deux modes de sérigraphie présentent un certain nombres d'avantages et d'inconvénients. Le mode hors contact est unanimement utilisé pour la sérigraphie d'encres liquides à l'aide d'écrans tissés telle que pratiquée pour l'impression d'affiches ou de tissus. En effet, dans ce cas, il n'est pas fait usage de pochoirs mais de masques

constitués d'une maille tissée bouchée aux endroits ne devant pas recevoir d'encre. Les écrans à maille se prêtent bien à la sérigraphie hors contact car leur flexibilité associée à l'élasticité permettent d'obtenir un contact intime entre le masque et le substrat, selon une droite définie par l'appui de la racle sur l'écran. A l'avant et à l'arrière de cette droite de contact selon le sens de déplacement de la racle, le masque ne touche pas le substrat ce qui permet d'obtenir une séparation parfaitement contrôlée progressive et homogène entre le substrat et le masque alors que la finesse de la maille et la rhéologie des encres sont choisies de telle manière que le transfert à travers l'écran n'aie lieu qu'au niveau de la droite de contact entre le substrat et le masque. Par contre, lorsque l'on cherche à appliquer la sérigraphie hors contact à un pochoir constitué par exemple d'une feuille métallique de 150 microns d'épaisseur tendue sur un cadre et dans le but de sérigraphier un produit visqueux, il en va tout autrement. En effet, dans ce cas, le contact entre le pochoir et le substrat ne se limite pas à une droite mais à une surface mal contrôlée, car contrairement à un écran à maille tissé, ce type de pochoir admet une certaine flexibilité mais aucune élasticité, ce qui se traduit par un rayon de courbure très grand assimilable à un plan et ceci a pour conséquence une séparation entre le pochoir et le substrat qui s'effectue pendant une durée et un mouvement non contrôlé donc non reproductible. De plus, ce mauvais contact entre le pochoir et le substrat crée une pollution de la face inférieure du pochoir par du produit qui est transféré sur l'avant de la zone de contact à travers les ouvertures du pochoir. Ceci conduit à la formation de dépôts mal définis et à des courts-circuits. D'autre part, comme le pochoir est tendu dans le cadre à l'aide d'une liaison élastique constituée soit d'une maille en polyester ou en acier inoxydable ou encore de ressorts, il s'en suit que l'image imprimée est décalée selon que l'on imprime dans un sens ou dans le sens opposé. Ces inconvénients de la sérigraphie hors contact a quasiment conduit à l'abandonner et à créer un consensus pour la sérigraphie en contact lorsqu'il est fait usage de pochoirs. Par contre, il apparaît que la sérigraphie en contact bien qu'elle limite les problèmes de pollution de la face inférieure du pochoir et de décalage d'image, ne règle en rien les problèmes de démoulage des plots de produit. En effet, l'adhésion des produits visqueux sur le pochoir et le substrat génère un mouvement de séparation qui démarre en général sur les bords du substrat de façon progressive pour finir au centre par un décollement brutal et incontrôlé qui conduit de façon aléatoire à ré-entraîner du produit dans le

pochoir. Dans certains cas ce décollement brutal conduit à mettre le pochoir en vibration à la manière d'une peau de tambour et celui-ci peut donc revenir en contact avec le substrat après la séparation, ce qui a pour effet de détériorer certains dépôts qui avaient été démoulés de manière satisfaisante. Pour éviter cela, et tenter de générer un démoulage plus simultané, on peut augmenter la vitesse de séparation entre le pochoir et le substrat. Mais ceci génère un effet pervers car on ne laisse pas le temps à l'air de passer sous le pochoir et par conséquent le pochoir est plaqué sur le substrat par une dépression qui va être annulée brutalement et contribuer ainsi à une séparation subite et totalement aléatoire.

Dans le cas d'une sérigraphie à l'aide d'un pochoir monté tendu sur un cadre selon ses quatre côtés, il apparaît un problème lié à la non élasticité du pochoir ainsi qu'à sa rigidité. Cette rigidité va à l'encontre d'une sérigraphie hors contact car il est impossible de générer un démoulage progressif selon une droite de contact. En effet, à cause de sa rigidité et de la tension, l'appui du dispositif de transfert sur le pochoir va se traduire par la formation d'ondulations du pochoir, ce qui conduit à des zones de non contact avec le substrat et d'autres zones subissant des contraintes exagérées au passage du dispositif de transfert, ce qui peut engendrer des déformations permanentes du pochoir qui devient donc inutilisable. De manière générale, pour un pochoir métallique tendu par deux ou par quatre côtés, la moindre force qui n'est pas appliquée selon le plan du pochoir à l'état tendu, conduit à une déformation aléatoire et à des ondulations du pochoir, donc à une non maîtrise du dépôt ainsi réalisé. Ces ondulations et déformations aléatoires sont également liées au caractère hyperstatique de la liaison pochoir/cadre. De par la nature du matériau, les seules déformations non permanentes maîtrisables qu'il est possible d'appliquer à un clinquant métallique sont des déformations selon une surface réglée, comme par exemple, une surface cylindrique. Par conséquent, le fait d'appliquer une tension sur deux ou quatre côtés selon un plan et d'appliquer une force ayant une composante perpendiculaire à ce plan par le biais de la racle dans le cas d'une sérigraphie hors contact, ou lors du démoulage par l'adhésion du produit sérigraphié sur le pochoir dans le cas d'une sérigraphie en contact, crée immanquablement des ondulations du pochoir. Comme cela a été dit précédemment, ces ondulations se traduisent par un défaut de contact entre le pochoir et le substrat voire même à des déformations permanentes du pochoir et par un

démoulage aléatoire et non maîtrisable. La réalisation de circuits électroniques de plus en plus hétérogènes où les plus gros composants côtoient les plus petits, conduit à la nécessité de déposer des plots de crème à braser ou de colle dont l'amplitude dimensionnelle s'accroît sans cesse. Dans le cas de la crème à braser cela pose un réel-problème car pour pouvoir traiter les plus petits dépôts qui parfois ne représentent qu'un faible pourcentage du total, on doit utiliser des crèmes à braser de granulométrie inférieure car le démoulage s'effectue d'une façon très aléatoire sur les plus petits dépôts.

L'utilisation d'une granulométrie plus faible améliore le démoulage des plus petits dépôts, mais rend plus vulnérable l'ensemble du procédé de brasage du fait du développement d'une surface plus grande pour le même volume d'alliage déposé augmentant ainsi l'oxydation et conduisant à de mauvaises brasures. A ce jour, le procédé de sérigraphie de crème à braser sur les cartes électroniques est responsable de 60 % des défauts rencontrés en fabrication, il est la première cause de défaillance dans l'ensemble du procédé conduisant à la Fabrication de cartes électroniques. La mise en tension homogène d'une feuille métallique est délicate et des dispositifs, du type de celui décrit dans le brevet US6,067, 903 où le principe couramment utilisé par l'homme de l'art qui consiste à tendre le pochoir sur le cadre par le biais d'une maille, cherchent à assurer une tension la plus homogène possible en intercalant une liaison élastique entre le cadre et le pochoir, mais ne règlent en rien les problèmes précédemment évoqués. De plus, cette liaison élastique bien que favorable à l'homogénéisation de la tension, induit un autre inconvénient qui devient critique lors de la sérigraphie hors contact qui est un déplacement latéral du pochoir selon le sens de raclage et par conséquent à un défaut de précision de positionnement des dépôts, en particulier pour des hors contact importants. Sachant que l'on considère qu'un hors contact de 1 mm constitue le maximum au delà duquel il est impossible de réaliser des dépôts dans de bonnes conditions avec un pochoir métallique.

DESCRIPTION DE L'INVENTION
L'objet de la présente invention est d'apporter une solution aux différents problèmes rencontrés selon les deux modes de sérigraphie utilisés à ce jour, tout en combinant les avantages des deux techniques. L'invention consiste en un procédé de dépôt à l'aide d'un pochoir à remplissage en contact plan et à démoulage progressif et angulaire, ledit pochoir agissant en coopération avec un organe de

transfert se déplaçant d'amont en aval en contact avec la surface du pochoir.

L'invention se caractérise essentiellement en ce que le pochoir est maintenu uniquement sur deux côtés selon la direction de déplacement de l'organe de transfert et que le côté aval du pochoir reste fixe et en contact dans le plan du substrat, pendant que le côté amont est soulevé par rapport au substrat en impliquant un démoulage autour d'une droite se déplaçant parallèlement en amont de l'organe de transfert au fur et à mesure de son avancement.

L'objet de l'invention est donc d'une part, de pouvoir remplir le plus efficacement les ouvertures du pochoir avec un organe de transfert sans que la moindre fuite de produit ne puisse avoir lieu entre le substrat et le pochoir en aval de l'organe de transfert et ce, en assurant un contact entre le pochoir et le substrat dans toute la partie aval de l'organe de transfert, et d'autre part d'assurer un démoulage progressif et contrôlé en amont de l'organe de transfert en générant une séparation de l'extrémité amont du pochoir de plusieurs millimètres par rapport au plan formé par le substrat en générant une surface réglée. Un tel démoulage a pour effet de diminuer les surfaces de frottement entre les parois du masque et les plots de produit à transférer, ce qui limite le ré-entraînement de produit sur le pochoir et par conséquent améliore significativement la qualité du dépôt. Afin d'éviter tout mouvement de glissement parasite entre le pochoir tant qu'il est en contact avec le substrat, l'extrémité aval du pochoir est bloquée de manière complète au niveau du plan du substrat, alors que l'extrémité amont est maintenue et est espacée du plan formé par le substrat. La force de maintien appliquée en amont peut être relativement faible, puisque sa seule fonction est d'éviter un glissement entre le pochoir et le substrat.

Selon une caractéristique de la présente invention, on cherche à maintenir le pochoir en contact plan en aval de l'organe de transfert et à former un cylindre en amont de manière à séparer le pochoir du substrat de façon progressive selon une génératrice parallèle et immédiatement à l'arrière du dispositif de transfert et se déplaçant dans le plan défini par le substrat au fur et à mesure de l'avancement dudit dispositif de transfert.

Le dispositif selon la présente invention permet donc d'effectuer un démoulage de meilleure qualité car il s'effectue selon un mouvement de pelage du pochoir par rapport au substrat, ce qui diminue les surfaces de contact. Le mouvement

de séparation est ainsi non seulement parfaitement contrôlé et maîtrisé mais de plus le démoulage est effectué dans des conditions optimum puisqu'il est réalisé immédiatement après le remplissage du pochoir, or, avec des produits comme les crèmes à braser qui sont thixotropes, le démoulage est donc effectué avant que la viscosité de la crème transférée ne retrouve sa valeur initiale.

Selon une autre caractéristique de l'invention, elle peut fonctionner de façon alternative dans les deux sens d'avance du dispositif de transfert et à cet effet il est extrêmement avantageux de la mettre en oeuvre sur une machine à sérigraphier comme par exemple celles utilisées en assemblage électronique pour le dépôt de produits visqueux.

D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description des figures qui représentent des exemples de réalisation non limitatifs.

En figure 1 est représenté l'avantage donné par le mouvement de pelage prouvant une diminution des surfaces en contact.

En figure 2, est représenté schématiquement et en coupe le dispositif selon la présente invention.

En figure 3, est représenté en coupe un exemple de réalisation de la présente invention.

En figure 4, est représenté en perspective un pochoir monté sur un cadre intermédiaire.

En figure 5, est représenté un pochoir selon la présente invention.

La figure 1 montre l'avantage qu'il y a à effectuer un démoulage selon un mouvement de pelage. Comme on peut le voir, l'enlèvement du pochoir (1) par pelage selon une surface cylindrique permet de réduire la surface d'adhérence entre les plots (6) du produit (7) et les orifices (5) du pochoir. En effet pour que le démoulage puisse avoir lieu, il faut que la surface occupée par le plot (6) sur le substrat (4), divisée par la surface des parois de l'orifice (5), soit supérieur à une certaine valeur. Par exemple, pour un dépôt de crème à braser selon un mode de sérigraphie en contact, on s'accorde à dire que ce rapport doit être supérieur à 0,66 pour avoir un démoulage acceptable et répétitif. Selon le mode de dépôt de la présente invention, le démoulage d'un plot (6) n'est pas fait de façon simultanée. En fait, on commence par décoller un

côté du plot, puis progressivement le plot complet. Cette façon de faire revient donc à diminuer la surface d'adhérence du produit (7) dans l'orifice (5), or la force de réentraînement du produit par le pochoir est précisément proportionnelle à cette surface d'adhérence. Ainsi, des essais de mise en oeuvre de la présente invention ont permis de montrer que le rapport surface occupée par le plot (6) divisée par la surface des parois de l'orifice (5) pouvait être réduit de 25 % sans nuire à la qualité et à la répétitivité des dépôts ainsi obtenus.

Comme on peut le voir en figure 2, la présente invention consiste en un procédé de dépôt d'un produit visqueux (7) à l'aide d'un pochoir (1). Sur cette figure, le dispositif de transfert (2), qui ici est un dispositif d'injection fermé mais qui peut également être une racle connue par l'homme de l'art, est déplacé dans le sens (dal) d'amont en aval. Au fur et à mesure de l'avance du dispositif (2) pendant que l'extrémité aval (A) du pochoir (1) est maintenue fixe dans le plan formé par le substrat (4) par un dispositif non représenté, l'extrémité amont (B) est maintenue et soulevée par un dispositif non représenté. La force de maintien de l'extrémité (B) est suffisante afin d'éviter tout mouvement de glissement du pochoir (1) par rapport au substrat (4) lié à l'avancement du dispositif de transfert (2). Le soulèvement de l'extrémité amont (B) confère une surface cylindrique au pochoir dont les génératrices sont parallèles au dispositif de transfert. Une des génératrices de ce cylindre est une droite (3) située directement en amont du dispositif de transfert et qui se déplace dans le plan formé par le substrat (4) avec l'avancement du dispositif (2). Le démoulage des dépôts (6) correspondant aux orifices (5) s'effectue progressivement par pelage en diminuant les surfaces d'adhérence grâce à un mouvement angulaire du pochoir autour de la droite (3). Le pochoir (1) agit donc en coopération avec l'organe de transfert (2) de manière à ce que toute la partie de pochoir située en aval de la droite (3) est située dans le plan du substrat (4) alors que la partie amont est soulevée de manière à créer un démoulage progressif et contrôlé autour de la droite (3). Evidemment le dispositif peut également fonctionner dans le sens (D2) et dans ce cas, le côté (B) est fixé dans le plan du substrat alors que le côté (A) est soulevé, la génératrice de démoulage (3) se situant toujours en amont de l'organe de transfert (2) dans le sens du déplacement.

La figure 3 montre selon une coupe, qui ne respecte pas les échelles, un exemple de réalisation d'un dispositif selon la présente invention. Un organe de

transfert (2) qui ici est une racle, transfère le produit (7) à travers les orifices (5) du pochoir (1) sur le substrat (4). Alors que le dispositif de transfert est déplacé en appui sur le pochoir dans le sens (dol), l'extrémité (A) du pochoir (1) est maintenue fixe dans le plan du substrat (4) alors que l'extrémité (B) est maintenue et surélevée de manière à provoquer un démoulage autour de la génératrice (3) parallèle à l'arête de la racle (2). Le maintien du pochoir est ici réalisé par l'intermédiaire de deux réglettes de fixation (10), parallèles à l'organe de transfert, en liaison avec le pochoir (1) et qui sont ellesmêmes reliées à un cadre intermédiaire (11) par le biais d'une liaison ressort (9). Les deux extrémités du pochoir (1) sont alternativement fixées dans le plan du substrat et surélevées sous l'effet des actionneurs (12) selon le sens du mouvement de translation de l'organe de transfert. Pour assurer l'immobilisation de l'extrémité aval du pochoir, on pourra par exemple, à l'aide des actionneurs (12) situés côté aval, plaquer la réglette aval sur le cadre (13), la réglette présentant un épaulement de sorte à ce que la pochoir se situe dans le plan du substrat (4). Le cadre intermédiaire (11) n'est pas absolument nécessaire mais il offre l'avantage de ne pas avoir à démonter et remonter les pochoirs (1) à chaque utilisation sachant que ceux-ci sont relativement fragiles. Ce cadre intermédiaire permet donc une manipulation aisée du pochoir en vue de la mise en place sur la machine d'effectuer son nettoyage ou d'assurer son stockage. Dans le cas où le cadre intermédiaire n'est pas souhaité, il est possible de relier les ressorts (9) directement au cadre (13).

En figure 4, est représenté en perspective le cadre intermédiaire (11) sur lequel est monté le pochoir (1) grâce aux deux réglettes de fixation (10) et aux liaisons ressort (9). Ainsi le pochoir est maintenu sur deux extrémités et peut ainsi subir des déformations selon une surface cylindrique ayant pour génératrices des droites parallèles aux réglettes.

En figure 5, est représenté une vue de dessus d'un pochoir (1) selon la présente invention qui comprend des orifices (14) pour le montage rapide des réglettes de fixation. Les orifices de fixation des réglettes sont réalisés sur les extrémités amont et aval du pochoir (11). Dans le cas présent, à titre d'exemple non limitatif, les orifices de fixations (14) comprennent un trou de centrage et deux trous oblongs. Dans tous les cas, il faut que le montage des réglettes assure une immobilisation selon la direction

d'avance du dispositif de transfert de l'extrémité aval du pochoir afin d'éviter tout mouvement de glissement entre le pochoir et le substrat.

Ainsi le pochoir selon l'invention permet d'améliorer de façon significative le démoulage en le mettant sous contrôle. Il permet de réduire le rapport surface de l'ouverture par la surface des parois de l'ouverture d'env, iron 25 %, ce qui permet d'une part de repousser les limites de démoulage connus selon les procédés de l'art antérieur, et d'autre part d'utiliser des crèmes à braser de granulométrie supérieure pour le même circuit électronique. La qualité des dépôts, même les plus délicats à réaliser est constante quelle que soit leurs dispositions géographiques sur le pochoir.

Claims

Revendications

1) Procédé de dépôt d'un produit visqueux (7) à l'aide d'un pochoir (1) agissant en coopération avec un organe de transfert (2) se déplaçant d'amont en aval en appui sur la surface du pochoir, caractérisé en ce que le pochoir (1) est maintenu par les deux extrémités opposées aval et amont et que l'extrémité aval est maintenue fixe et en contact dans le plan formé par le substrat (4) pendant que l'organe de transfert (2) se déplace et tandis que l'extrémité amont est maintenue et soulevée conférant une surface cylindrique au pochoir ayant pour génératrice une droite (3) située en amont et parallèle au dispositif de transfert (2) et se déplaçant dans le sens défini par le substrat au fur et à mesure de l'avancement dudit dispositif de transfert (2) et que le démoulage s'effectue selon cette génératrice.

2) Dispositif de dépôt d'un produit visqueux sur un substrat comprenant un pochoir (1) sur lequel se déplace un organe de transfert (2) en appui de l'amont vers l'aval, caractérisé en ce que deux actionneurs (12) situés respectivement sur l'extrémité amont et aval du pochoir agissent de sorte que lors du déplacement de l'organe de transfert (2), l'actionneur aval maintient l'extrémité aval du pochoir (1) fixe dans le plan du substrat (4), alors que l'actionneur amont, maintient et surélève l'extrémité amont du pochoir de façon à éloigner le pochoir du substrat, selon une surface cylindrique dont les génératrices (3) sont parallèles à l'organe de transfert, et à générer un démoulage progressif et contrôlé au fur et à mesure de l'avance dudit organe de transfert (2).

3) Dispositif de dépôt d'un produit visqueux (7) sur un substrat (4) comprenant un pochoir (1) sur lequel se déplace en appui et d'amont en aval un organe de transfert (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le pochoir (1) est maintenu par ses extrémités amont et aval par des liaisons élastiques (9) dans un cadre intermédiaire (11) en vue de sa manipulation.

4) Dispositif de dépôt d'un produit visqueux (7) sur un substrat (4) comprenant un pochoir (1) sur lequel se déplace en appui et d'amont en aval un organe de transfert (2) selon la revendication 2, caractérisé en ce que des orifices (14) sont pratiqués sur le pochoir en vue de la fixation rapide de réglettes de fixation (10).