Brevet FR2037265A1 — publié le 19701231

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour exposer des configurations photorésistantes sur les surfaces interne et externe d un cylindre. Plus particulièrement, la présente invention concerne l'exposition des configurations photorésistantes sur les surfaces de cylindres en utilisant 5 des masques s'adaptant mais non ajustés et des faisceaux non divergents d'énergie radiante ou encore appelée énergie rayonnante ou de lumière collimatée dirigée le long des rayons du cylindre. Dans des moteurs utilisés pour l'alimentation à vitesse élevée, des bandes, ou des courroies, il est souhaitable d'avoir une armature de moteur qui possède 1q une inertie très faible. Une telle armature permet à la direction de rotation du moteur de changer presque instantanément d'une vitesse en marche avant rapide à une vitesse en marche arrière rapide. Un moyen d-obtenir une armature avec une faible inertie consiste à utiliser un cylindre avec un circuit imprimé dessus. Le problème revient alors à la fabrication d'une armature cylindrique de j5 circuit imprimé. Le cylindre qui compose l'armature doit être très léger et pourtant très solide. Ces caractéristiques existent dans un cylindre fabriqué avec des matériaux non conducteurs, tels que de la fibre de verre avec des revêtements conducteurs sur les surfaces interne et externe. Les enroulements de l'armature sont réalisés sur le cylindre en utilisant des techniques de circuit 20 imprimé. Dans le passé, trois procédés ont été utilisé pour obtenir une armature de circuit imprimé, Dans un procédé, le circuit imprimé est imprimé et gravé dans une configuration plate comme pour les circuits imprimés classiques. Quand le circuit a été gravé la feuille sur laquelle il est gravé sert à réaliser un cylindre en 25 mettant en contact les bords de la feuille et en les liant ensemble. Ce procédé n'est pas satisfaisant parce que, l'endroit où les bords de la feuille sont liés ensemble n'est pas assez solide pour résister aux forces s'appliquant au cylindre quand l'armature est soumise instantanément à un changement de direction de rotation d'une marche avant à une vitesse élevée à une marche arrière 30 à une vitesse élevée. Un autre procédé pour réaliser des circuits à l'intérieur d'un cylindre est de recouvrir toute la surface interne du cylindre avec un matériau conducteur. Le cylindre est alors monté sur un graveur mécanique. Le graveur utilise un bras muni d'une aiguille placée à son extrémité qui pénètre à l'intérieur 35 du cylindre et enlève en raclant les parties non désirées du matériau conducteur qui recouvre le cylindre. On obtient alors une configuration de circuit sur la face interne du cylindre. Ce procédé de configurations de circuit n'est pas satisfaisant à cause des limitations mécaniques dans la gravure quand on traite des parties miniatu-40 risées. Par exemple il peut être nécessaire de graver sur la paroi interne du 70 06064 2 2037265 cyliiidre deux parcours conducteurs espacés de quelques millièmes de pouces, Il est très difficile pour un graveur mécanique d-obtenir cette précision. En conséquence, un grand nombre d'armatures sont incorrectement gravées et doivent être r8jetées comme inutilisables. Ce gaspillage rend coûteux la fabrication 5 des armatures. En conséquence, le procédé idéal pour obtenir un circuit dans un cylindre serait de recouvrir la surface interne du cylindre avec un photorésistant, de placer un masque à l'intérieur du cylindre, d exposer la configuration du masque sur le photorésistant, et d'utiliser le photorésistant exposé comme un mas-10 que pour graver une configuration de circuit à l'intérieur du cylindre. Le problème ici est qu'il n'est pas possible d'utiliser des techniques d'exposition classiques parce que le masque ne peut pas être placé suffisamment près de la surface interne du cylindre pour permettre une exposition précise de la configuration du circuit sur la face interne du cylindre. 15 Dans le cas normal d'une exposition de matériau photorésistant, un masque est en contact physique avec le matériau photorésistant, Les cylindres ne se prêtent pas à cette technique puisqu'il est difficile, sinon impossible, de placer un masque à l'intérieur d'un cylindre et d'assurer un bon contact du masque sur toute la surface interne du cylindre, De plus, s'il était possible d'as-20 surer un bon contact avec la surface interne du cylindre, il s'ajouterait le problème de savoir comment enlever le masque après l'exposition. Car, dans une fabrication impliquant de grandes quantités, le procédé pour exposer un photo-résistant doit être rapide et facile à réaliser. Un autre objet de cette invention est de fabriquer des armatures de circuis 25 imprimés d'une manière très sure et efficace avec, très peu ou aucun déchet de fabrication dû à une configuration de circuit incorrect sur. les armatures. Un autre objet de cette invention est d'exposer un photorésistant'à l'intérieur d'un cylindre aux parois minces. Un autre objet de cette invention est d'exposer un photort^istant à l'inté-30 rieur ou l'extérieur d'un cylindre sans la nécessité d'avoir un masque en contact étroit avec les parois du cylindre. En accord avec les objets ci-uessus, l'invention est réalisée en plaçant un masque à l'intérieur d un cylindre dont la paroi interne est recouverte d'un photorésistant. Un faisceau lumineux non divergeant ou collimaté pénètre dans 35 le cylindre, parallèlement à son axe. Les rayons lumineux sont réfléchis par un miroir conique placé à 1'intérieur du cylindre ayant pour axe l'axe du cylindre. La lumière retlSchie par le miroir conique est radiallement collimâtée [colimatée dans ues plans radiaux ) et traverse le masque pour exposer le photorésistant de la. surface interne.du cylindre. 40 Selon une autre caractéristique de l'invention, le miroir conique se dé 70 06064 2037265 place sur toute la longueur du cylindre pour exposer toute la surface interne du cylindre. Si le miroir conique est aussi long que le cylindre, alors 11 n'a pas besoin d'Stre déplacé. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, un photorésistant 5 sur la surface exterae du cylindre peut être exposée en plaçant un masque autour du cylindre et en utilisant un miroir conique externe dont l'axe est aussi celui du cylindre. Ce miroir réfléchit la lumière collimatée radlalement vers la surface externe du cylindre. Le grand avantage de cette invention est que le masque interne ou externe 10 peut être monté sans contact étroit avec le cylindre sur lequel le photorésistant doit être exposé. La précision de la configuration Imprimée sur le photorésistant» par exposition à travers les masques* sera obtenue en utilisant un faisceau de lumière non divergent qui se déplace le long d'un rayon du cylindre. Aussi# une configuration exacts avec des bords nets et distincts sera réalisée 15 sur le photorésistant. Un autre avantage de l'invention est que en ayant le cylindre et les masques montés sans contact étroit les uns par rapport aux autres, le cylindre peut être rapidement enlevé après la réalisation de l'exposition. Un autre avantage de l'invention est que l'Intégrité structurale de l'arma 20 ture est préservée puisqu'elle est d'un seul bloc. L'armature est beaucoup plus solide que si c'était une pièce plate roulée et liée pour former un cylindre. Puisque fabriqué d'un seul bloc, le cylindre est plus apte à résister aux forces qu'il rencontrera par la suite quand il sera utilisé dans un moteur. Encore un autre avantage de l'invention est qu'en utilisant un masque et 25 un procédé d'exposition photo pour Imprimer le circuit sur les cylindres, la taille des parcours du circuit imprimé et de leur séparation sur le cylindre peut âtre aussi petite que désirée jusqu'à un millième de centimètre. Aussi, la configuration de circuit peut avoir des parcours dans n'importe quelle direction puisque le faiàceau est normal au masque quand il le rencontre. 30 D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente Invention res sortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente la réalisation préférée de l'invention dans laquelle on décrit le processus d'exposition du photorésistant sur les surfaces du 35 cylindre. La figure 2 représente une coupe prise selon la" ligne 2-2 de la figure 1, les masques et le cylindre ainsi que la position relative des miroirs coniques interne et externe par rapport au cylindre. La figure 3, prise selon la ligne 3-3 de la figure 1, représente une vue 40 de dessus avec une partie du cylindre supprimée de sorte que l'on peut voir les 70 06064 4 2037265 bords du cylindre et du masque. Dans la figure 1, le cylindre à exposer est placé à l'intérieur du masque 10. Un capuchon 12 est placé au sommet du masque-cylindre masque pour empêcher la lumière de rencontrer les bords extrémités des masques et du cylindre. Dif-5 férentes sources lumineuses peuvent être utilisées par exemple, une source de lumière provenant d'un montage 14, laser et dilatateur de faisceau, réprésenté en haut du dessin. Le montage laser et dilatateur de faisceau est réalisé avec des dilatateurs de faisceau et de laser alimentés à l'argon, commercialement accessibles. 10 Par exemple, le laser peut être n'importe lequel des dispositifs suivants: 1,- Modèle 140 de "Spectra-physics" se trouvant à Mountain View. Californie , 2, - Modèle LG-12 de Raytheon, se trouvant à Waltham, Massachusetts, ou 3.- Modèle 341Q de Resalab, se trouvant à Menlo Park, Californie. Le dilatateur de faisceau peut être n'importe lequel des types suivants : 1. - Modèle 280 de 15 Tropel, se trouvant à Fairport New York, ou 2.- Modèle 331/332 de Spectra-Phy-sics. Le laser est une source de faisceau non divergent. Le dilatateur de faisceau augmente la section du faisceau tout en préservant le caractère de non-di-vergeance du faisceau. Naturellement, le faisceau laser est monochromatique par conséquent, le 20 photorésistant doit être adapté au faisceau. Les lasers identifiés ci-dessus sont des lasers à 1' Argon produisant une lumière rouge. Le photo-résistant , le Kodak Ortho Photo Resist de Eastman Kodak, est un photorésistant sensible à la longueur d'onde créée par ces lasers. On peut aussi d'une autre façon utiliser un collimateur 14 qui est repré-25 sente en haut du dessin. Le collimateur 14 est composé d'une lampe à arc de mercure et de letilles de collimation. Cette combinaison produira un faisceau lumineux substantiellement non divergent et brillant. Une lampe à arc de mercure est utilisée parce qu'elle produit une lumière ultra-violette intense, et le matériau photorésistant utilisé est sensible à la lumière ultra-violette. 30 Naturellementj d'autres photorésistants et sources lumineuses adaptés aux photo-résistants peuvent être utilisés. La lumière provenant du collimateur ou laser 14 passe à travers le trou 16 et pénètre dans la cellule où les masques et le cylindre se trouvent. Le faisceau laser non divergent ou la lumière collimatée provenant du collimateur 14 35 passe à travers le trou 16 et rencontre le miroir conique interne 10. La lumière se réfléchit sur le miroir et se déplace radialement jusqu'à ce qu'elle rencontre soit le masque, soit passe au travers du masque et rencontre la surface interne du cylindre. Le faisceau non divergent ou la lumière collimatée passent aussi à l'extê-40 rieur du masque 10 et rencontrent le miroir conique externe 20 Le miroir 20 70 06064 5 2037265 réfléchit la lumière radialement vers le masque 10 et la surface externe du cylindre. La lumière réfléchis par le miroir conique 20 rencontre soit le masque 10, soit passe à travers le masque 10 et rencontre la surface externe du cylindre. 5 De façon à exposer toute la longueur du cylindre, le miroir conique inté rieur 18 et le miroir conique extérieur 20 se déplacent sur toute la longueur du cylindre. Le mouvement est commandé de façon hydraulique par un dispositif hydraulique 22 et il est guidé par les tiges 24 passant au travers des plaques fixées 2B et 28, Les plaques 26 et 28 forment une partie de la boite 30 qui 10 fournit la cellule étanche à la lumière dans laquelle les cylindres sont exposés. L'accès à la chambre se fait par l'intermédiaire de la porte 32 qui contient une fenêtre en verre sombre 34. La boite 30 sert aussi conme support pour le collimateur 14 qui est monté de façon fixe sur la boite. La commande de l'exposition est fournie par une boite de commande 36 qui 15 possède des circuits électriques pour commander le fonctionnement du collimateur 14, du dispositif hydraulique 22 et le dispositif 38* qui est en fait un électro-aimant réalisé à partir d'une bobine. La bobine 38 déplace l'obturateur 40 au-dessus de l'ouverture 16 avant et après l'exposition, 20 La position du cylindre par rapport aux masques et aux miroirs apparait clairement dans les figures 2 et 3, Dans la figure 2, le masque externe 10 est montré à proximité immédiate du cylindre 42 et du masque interne 44. Le capuchon 12 est représenté au sommet de la figure 2 en position au-dessus des masques et du cylindre. Dans la figure 2, les masque et cylindre sont représentés 25 en contact. Si les dessins étaient plus agrandis, il apparaitrait un espace de quelques centièmes à quelques millièmes de centimètre entre la surface externe du cylindre et le masque 10 et aussi entre la surface interne du cylindre 42 et le masque 44. Ainsi, le cylindre 42 peut être facilement inséré ou déplacé en glissant entre les deux masques 10 et 44. 30 Le masque externe 10 et le masque interne 44 ont leur base en contact avec la plaque 26. Le cylindre est placé dans l'appareil pour être exposé en le faisant glisser du haut en bas entre les deux masques. Après cela, le capuchon 12 est placé au sommet du cylindre et masque de façon à empêcher la lumière de rencontrer le bord ssupérieur des masques et du cylindre. 35 Dans la figure 2, le miroir conique intérieur 18 et le miroir conique ex térieur 20 sont représentés dans une position aux environs de la moitié de la longueur du cylindre. Les miroirs 18 et 20 peuvent être constitués d'une surface polie quelconque qui réfléchira la lumière radialement vers les masques et le cylindre. Le miroir 18 est monté mécaniquement à l'extrémité d'un piston 40 25, tandis que le miroir 20 est porté sur une plate-forme 29 mécaniquement 70 06064 6 2037265 fixée à l'extrémité des tiges 24. Comme le piston 25 est poussé vers le haut par un dispositif hydraulique 22 (figure 1), la plate-forme 29 est aussi déplacée vers le haut. Naturellement, la direction dans laquelle les miroirs se déplacent pendant l'exposition - de haut en bas ou de bas en haut - n'a pas une 5 importance critique pour l'exposition du photorésistant sur le cylindre. Chaque .direction fournira une méthode efficace d'exposition. Le piston 25 et les tiges 24 peuvent glisser à travers la plate-forme 26 grâce au roulement à bille 46. Comme représenté dans la figure 2, les faisceaux lumineux arrivant au sommet de la figure 2, dans une direction parallèle à l'axe du cylindre, rencon-10 trent le miroir conique 18 , et sont réfléchis radialement vers le masque 44 et la surface interne du cylindre 42. De mime, les rayons lumineux parallèles à l'axe du système 42 passent à l'extérieur du masque 10, rencontrent le miroir 20 et sont réfléchis radialement vers le masque 10 et la surface externe du cylindre 42. 15 Dans la figure 3, on représente la direction radiale des faisceaux lumineux 47 quand ils se déplacent des miroirs 18 et 20 vers le cylindre 42. Se référant de nouveau à la figure 1, un cylindre recouvert de photorésistant peut être placé en position pour l'exposition en déplaçant le capuchon 12 et en faisant glisser vers le bas le cylindre entre le masque extérieur 10 et 20 le masque intérieur 44 (figure 2). La cellule est alors relativement étanche à la lumière quand la porte 32 est fermée et quand l'obturateur 40 se trouve au-desssus de l'ouverture 16, fiu départ, l'opérateur appuie sur le commutateur de lumière 50 qui allume l'arc à mercure dans le collimateur ou le laser 14. Après un court instant pen-25 dant lequel la source de lumière blanche du collimateur ou du laser chauffe et produit un faisceau d'intensité maximum, l'opérateur appuie alors sur le bouton départ 52. La commande de départ provoque l'élévation des miroirs 18 et 20 jusqu'au sommet du cylindre grâce au dispositif hydraulique 22. Un micro-commutateur qui est une partie du dispositif hydraulique 22 et qui n'est pas représen-30 té, indique à la boite de commande 36 quand les miroirs sont au sommet du cylindre. La boite de commande 36 met alors en mouvement le solénoïde 38 qui éloigne l'obturateur 40 de l'ouverture 16. La lumière collimatée passe alors à travers l'ouverture 16 et commence alors la séquence d'exposition. Pendant l'exposition, le dispositif hydraulique 22 descend lentement les 35 miroirs 18 et 20. La vitesse à laquelle les miroirs sont abaissés peut être contrôlée par le bouton de commande 54. Ceci ajuste effectivement le temps d'exposition. Quand les miroirs atteignent le fond du cylindre, un autre micro-commutateur, qui est aussi une partie du dispositif hydraulique 22, détecte la position du miroir et avertit la boite de commande 36 que l'exposition est ter-40 minée. La boite de commande 36 à son tour annule l'excitation du solénoïde 06064 7 2037265 38. L'obturateur 40 ferme alors à nouveau l'ouverture 16. Le cylindre peut alors être enlevé en soulevant le couvercle 12 et en faisant glisser le cylindre entre les masques. Il apparait évident aux hommes de l'art qu'on peut apporter plusieurs variations dans le montage et la commande des dispositifs qui peuvent être utilisés pour réaliser l'invention. Cependant, le point essentiel de l'invention se trouve dans l'utilisation d'une lumière collimatée ou de n'importe quel faisceau de lumière non divergent avec des miroirs coniques pour transformer la lumière en faisceau collimaté se déplaçant radialement. Les faisceaux radiaux pas-0 sent au travers des masques jusqu'aux parois externe et/ou interne d'une surface cylindrique notamment au cylindre à base circulaire pour exposer une configuration très précise d'un phototrésistant. Naturellement, la taille du cylindre exposé a peu d'importance. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins 5 les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détails qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 06064 a 2037265 REVENDICATIONS 1.- Appareil destiné à permettre l'exposition à la lumière et selon une configuration déterminée d'un cylindre revêtu d'un matériau photorésistant ca- 5 ractérisé en ce qu'il comportes des moyens de masquage pour impressionner de façon sélective le matériau photorésistant revêtant la face interne et/ou externe dudit cylindre, les dits moyens pouvant se déplacer en translation par rapport à ladite surface cylindrique 10 des moyens générateurs de lumière, sous la forme d'un faisceau lumineux non divergent à l'intérieur et/ou l'extérieur dudit cylindre de telle façon que ledit faisceau lumineux soit parallèle à l'axe du cylindre des moyens de réflection dudit faisceau lumineux à l'intérieur et/ou à l'extérieur du cylindre, de telle façon que les rayons lumineux issus dudit 15 faisceau se propagent radialement et exposent à travers les dits moyens de masquage la face interne et/ou externe respectivement dudit cylindre des moyens de placement en translation des dits moyens de réflection pour exposer entièrement la face interne et/ou externe dudit cylindre. 20 2.- Appareil selon la revendication 1 dans lequel les dits moyens généra teurs de lumière sont une source de lumière oollimatée. 3,- Appareil selon la revendication 1 dans laquai las dits moyens générateurs de lumière sont constitués par une source d'énergie rayonnante non diver- 25 gente, 4.- Appareil selon la revendication 3 dans lequel les dits moyens générateurs de lumière sont un laser. 30 5.- Appareil selon la revendication 1 dans lequel les dits moyens de mar quage sont constitués par au moins un masque optique, concentrique audit cylindre et très proche de lui. 35 6.- Appareil selon la revendication 1 dans lequel les dits moyens de réflection sont constitués par au moins un miroir ionique, dont la surface externe est réfléchissante et dont l'axe est précisément l'axe du cylindre.