FR3117106A1

FR3117106A1 - Procédé d’obtention de vitrages munis d’un revêtement d’émail et de motifs électroconducteurs

Info

Publication number: FR3117106A1
Application number: FR2012762A
Authority: FR
Inventors: Alexia Yon; Jalal BACHAROUCHE
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2020-12-07
Filing date: 2020-12-07
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2040-12-07
Also published as: WO2022123162A1; FR3117106B1; CN114916227A; EP4255859A1

Abstract

L’invention concerne un procédé d’obtention d’un vitrage (1) comprenant les étapes suivantes : - le dépôt, par une technique d’impression jet d’encre, d’un revêtement d’émail (3) sur une partie d’une face d’une feuille de verre (2), puis - le dépôt, au moins sur une partie du revêtement d’émail (3), d’une couche électroconductrice formant motifs (4, 6, 8, 10) puis - une étape de traitement thermique de cuisson du revêtement d’émail (3) et de la couche électroconductrice (4, 6, 8, 10). Figure 1

Description

Procédé d’obtention de vitrages munis d’un revêtement d’émail et de motifs électroconducteurs

La présente invention se rapporte au domaine de l’impression d’émail et de motifs électroconducteurs sur des vitrages.

Des motifs électroconducteurs, tels que des fils chauffants, bandes collectrices, 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, appelées zones de soudure 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.

Un revêtement d’émail noir est généralement 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.

Les vitrages équipés de tels motifs 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 «temperature 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.

L’invention a pour but d’améliorer la résistance mécanique d’un vitrage muni d’émail, de motifs électroconducteurs et d’un connecteur soudé à l’aide d’un alliage de soudure.

A cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’obtention d’un vitrage comprenant les étapes suivantes :
- le dépôt, par une technique d’impression jet d’encre, d’un revêtement d’émail sur une partie d’une face d’une feuille de verre, puis
- le dépôt, au moins sur une partie du revêtement d’émail, d’une couche électroconductrice formant motifs puis
- une étape de traitement thermique de cuisson du revêtement d’émail et de la couche électroconductrice.

Un autre objet de l’invention est un vitrage obtenu ou susceptible d’être obtenu par ce procédé. Ce vitrage comprend une feuille de verre revêtue sur une partie d’une de ses faces d’un revêtement d’émail déposé par une technique d’impression jet d’encre, une couche électroconductrice formant motifs étant déposée au moins sur une partie dudit revêtement d’émail.

La feuille de verre est typiquement en verre silico-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 Fe₂O₃) 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 du revêtement d’émail et des motifs électroconducteurs. Elle est ensuite de préférence bombée, normalement lors du traitement thermique de cuisson des motifs électroconducteurs et de l’émail. Le vitrage final est donc de préférence bombé.

Il s’est avéré, de manière surprenante, que le dépôt du revêtement d’émail par impression jet d’encre permettait d’obtenir de meilleurs résistances mécaniques au niveau de la zone de soudure que par la technique habituelle de sérigraphie.

L’impression jet d’encre 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 ou à l’aide d’une série de têtes d’impression fixes en regard de laquelle le verre défile à une vitesse contrôlée.

Pour ce faire, la ou chaque 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).

Le dépôt du revêtement d’émail est de préférence réalisé à partir d’une encre comprenant une fritte de verre, des pigments, des solvants et un liant organique.

La fritte de verre est de préférence à base de borosilicate de bismuth, et éventuellement de zinc. Les pigments comprennent de préférence un ou plusieurs oxydes choisis parmi les oxydes de chrome, de cuivre, de fer, de manganèse, de cobalt, de nickel. Il peut s’agir à titre d’exemple de chromates de cuivre et/ou de fer.

Avantageusement, la fritte de verre et les pigments présentent une distribution granulométrique en volume telle que le D90 est d’au plus 2 µm. Le D90 est par exemple déterminé par granulométrie laser.

La viscosité de l’encre est de préférence comprise entre 1 et 50 mPa.s.

L’épaisseur du revêtement d’émail après cuisson est de préférence comprise entre 2 et 15 µm, notamment entre 3 et 8 µm.

Le revêtement d’émail est de préférence opaque. Il est généralement noir mais d’autres couleurs sont possibles. Le revêtement forme de préférence une bande en périphérie du vitrage. Cette bande peut inclure des motifs tels que des dégradés de points, ou tout motif décoratif. Le revêtement peut également inclure des ouvertures telles que des fenêtres de transmission pour capteurs et caméras, dans des zones appelées zones caméras et qui peuvent être situées dans des parties plus centrales du vitrage (par exemple au niveau du rétroviseur intérieur dans le cas d’un pare-brise). La teinte noire est de préférence telle que la valeur de L* en réflexion côté verre (illuminant D65, observateur de référence 10°) est inférieure à 10, notamment à 5 et même à 3. L’opacité est de préférence telle que la densité optique du revêtement est d’au moins 3.

Une couche électroconductrice formant motifs est déposée au moins sur une partie du revêtement d’émail.

Comme expliqué ci-après, une partie des motifs peuvent également être déposés en dehors du revêtement d’émail, donc souvent sur du verre nu.

Les motifs électroconducteurs comprennent de préférence des pistes électroconductrices situées dans au moins une partie latérale et dans une partie centrale du vitrage.

Les pistes électroconductrices situées dans la partie centrale sont notamment des fils chauffants, des fils d’alarme et/ou des antennes. Ces pistes, en particulier les fils chauffants, sont pour certaines déposées sur du verre nu et non sur le revêtement d’émail. Les pistes électroconductrices situées dans une partie latérale, notamment dans deux parties latérales opposées, sont notamment des bandes collectrices. Ces pistes sont quant à elles généralement déposées sur le revêtement d’émail.

Avantageusement, la couche électroconductrice englobe au moins une zone de soudure, le procédé comprenant en outre une étape supplémentaire de soudure d’au moins un connecteur sur au moins une partie d’au moins une zone de soudure à l’aide d’un alliage de soudure. Cette zone de soudure est de préférence disposée dans une partie de la couche électroconductrice qui est déposée sur le revêtement d’émail.

Il s’agit par exemple de zones de soudure pour connexion d’antenne ou d’alarme, plutôt situées dans la partie centrale et/ou de zones de soudure pour connexion d’un réseau chauffant, situées dans les parties latérales. 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 soudure. 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 éventuellement de cuivre. L’alliage de soudure comprend de préférence de 90 à 99,5% en poids d’étain, de 0,5 et 5% en poids d’argent et de 0 à 5% en poids de cuivre.

La couche électroconductrice formant motifs est de préférence déposée par sérigraphie ou par une technique d’impression numérique.

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 peuvent nécessiter, pour assurer une bonne soudabilité et une bonne résistance au test TCT, d’en appliquer de plus fortes épaisseurs dans les zones de soudure.

Plus la teneur en argent de la pâte est faible, plus l’épaisseur des motifs 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 µm après cuisson, l’épaisseur à l’état humide est typiquement de l’ordre de 25 µm pour une pâte contenant 80% en poids d’argent, et de l’ordre de 35 à 40 µm 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 couche électroconductrice 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 µm.

L’épaisseur humide de la couche électroconductrice est alors de préférence comprise entre 25 et 30 µm, donnant après cuisson des épaisseurs de l’ordre de 8 µm 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 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 µm, 77 fils par cm pour un diamètre de 55 µm, 90 fils par cm pour un diamètre de 48 µm,
- dans la ou chaque zone latérale, 42 fils par cm pour un diamètre de 80 µm, 48 fils par cm pour un diamètre de 80 µm, 49 fils par cm pour un diamètre de 70 µm.

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’épaisseur des motifs électroconducteurs est de préférence d’au moins 3 µm, notamment comprise entre 8 et 20 µm, voire entre 10 et 15 µm après l’étape de traitement thermique de cuisson.

Le vitrage peut être séché ou non après l’application de la pâte. Le vitrage subit ensuite un traitement thermique afin de cuire le revêtement d’émail et la couche électroconductrice. 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, un toit 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 soudure 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 zones 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 les Figures 1 et 2.

représente un vitrage obtenu selon l’invention, dans l’exemple une lunette arrière de véhicule automobile.

présente des courbes de résistance mécanique en flexion 3 points.

Comme représenté en , 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, ici 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 sont par exemple imprimés par sérigraphie d’une pâte à l’argent (comprenant 80% en poids d’argent).

Certains de ces motifs sont déposés sur un revêtement d’émail 3 formant après cuisson une bande périphérique opaque et noire.

La résistance mécanique des vitrages a été évaluée de la manière suivante.

Une couche électroconductrice a été déposée sur un revêtement d’émail lui-même déposé sur une feuille de verre.

Dans un exemple comparatif, l’émail a été déposé par sérigraphie d’une composition d’émail (Ferro 14501) comprenant une fritte de verre (D90= 6,5 µm), des pigments (D90= 6,5 µm), un liant organique et un solvant. La viscosité était de 14Pa.s. L’épaisseur humide était de 20 µm.

Dans un exemple selon l’invention, l’émail a été déposé par jet d’encre, à une température de 40°C, l’encre (Tecglass 1A019) comprenant une fritte de verre (D90<2 µm), des pigments (D90<2 µm), un liant organique, un solvant et des additifs. La viscosité était de quelques dizaines de mPa.s et l’épaisseur déposée de 5 µm.

La pâte d’argent a ensuite été déposée par sérigraphie d’une composition de pâte d’argent (Ferro SP1989- 80%), comprenant une fritte de verre et des particules d’argent métal (D(90)= 6,1 microns). La viscosité était de 27 Pa.s. L’épaisseur humide déposée était de 25 µm.

La feuille de verre a ensuite subi un traitement thermique à une température d’environ 650°C, étape durant laquelle a également été réalisée la cuisson du revêtement d’émail et de la couche électroconductrice.

On a ensuite déposé sur la pâte d’argent un alliage comprenant (en poids) 96,5% d’étain, 3% d’argent et 0,5% de cuivre. Cet alliage sert à souder des connecteurs à l’aide d’un fer à souder, entre 400°C et 450°C.

Les échantillons (sans connecteurs) ont ensuite subi des tests de résistance mécanique. Pour ce faire, 15 échantillons de chaque exemple ont été soumis à un test de rupture par flexion 3 points.

La montre la probabilité de rupture (notée P) en fonction de la force appliquée (notée F et exprimée en MPa).

Les exemples 1 et 1S correspondent à l’exemple selon l’invention, respectivement sans et avec l’alliage de soudure. Les exemples C1 et C1S correspondent à l’exemple comparatif, respectivement sans et avec l’alliage de soudure.

Les résultats montrent que le dépôt de l’alliage de soudure fragilise le vitrage. Néanmoins, que ce soit en l’absence ou en présence de l’alliage de soudure, l’utilisation d’une technique de dépôt par impression jet d’encre pour déposer l’émail permet d’améliorer la résistance mécanique par rapport à l’utilisation de la sérigraphie.

Claims

Procédé d’obtention d’un vitrage (1) comprenant les étapes suivantes :
- le dépôt, par une technique d’impression jet d’encre, d’un revêtement d’émail (3) sur une partie d’une face d’une feuille de verre (2), puis
- le dépôt, au moins sur une partie du revêtement d’émail (3), d’une couche électroconductrice formant motifs (4, 6, 8, 10) puis
- une étape de traitement thermique de cuisson du revêtement d’émail (3) et de la couche électroconductrice (4, 6, 8, 10).
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel le dépôt du revêtement d’émail (3) est réalisé à partir d’une encre comprenant une fritte de verre, des pigments, des solvants et un liant organique.
Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la fritte de verre et les pigments présentent une distribution granulométrique en volume telle que le D90 est d’au plus 2 µm.
Procédé selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel la viscosité de l’encre est comprise entre 1 et 50 mPa.s.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le revêtement d’émail (3) est opaque, noir, et forme une bande en périphérie du vitrage.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, tel que les motifs électroconducteurs (4, 6, 8, 10) comprennent des pistes électroconductrices (4, 6, 8) situées dans au moins une partie latérale (C) et dans une partie centrale du vitrage (A).
Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les motifs électroconducteurs (4, 6, 8, 10) sont formés d’une pâte à l’argent, notamment comprenant à l’état humide au plus 88% en poids d’argent.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche électroconductrice formant motifs (4, 6, 8, 10) est déposée par sérigraphie ou par une technique d’impression numérique.
Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche électroconductrice (8) englobe au moins une zone de soudure (12), le procédé comprenant en outre une étape supplémentaire de soudure d’au moins un connecteur sur au moins une partie d’au moins une zone de soudure (12) à l’aide d’un alliage de soudure.
Vitrage (1) obtenu par le procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une feuille de verre (2) revêtue sur une partie d’une de ses faces d’un revêtement d’émail (3) déposé par une technique d’impression jet d’encre, une couche électroconductrice formant motifs (4, 6, 8, 10) étant déposée au moins sur une partie dudit revêtement d’émail (3).
Vitrage (1) selon la revendication précédente, qui est une lunette arrière de véhicule automobile, un vitrage latéral de véhicule automobile, un toit automobile ou un pare-brise de véhicule automobile, les motifs électroconducteurs étant notamment des antennes (6), des bandes collectrices (8), des fils d’alarme et/ou des fils chauffants (4), les motifs électroconducteurs comprenant une zone de soudure pour connexion d’antenne et/ou de réseau chauffant (12) et/ou d’alarme.