Brevet FR2336258A1 — publié le 19770722

La présente invention concerne es procedés de manspulatoon des masques utilises pour appliquer des revêtements a des surfaces de substrats et se rapporte plus particulièrement à des procédés pour appliquer par serigraphie des matières du type pâte sur un substrat en céramique crue. Conformément aux procédés connus, chacun des masques utilisés, qui comportent des ouvertures fines et relativement complexes, est monté dans un cadre avant d'être positionne sur le substrat qui doit être revêtu de matériau selon a configuration du m sque. Le masque ainsi monté est rigidement fixé au socle d'un porte-écran sur lequel le substrat a déjà eté positionne. Après application d'une matière du type pâte appropriée à travers le masque, le cadre est détache du socle puis physiquement tiré pour être séparé du substrat Un a trouvé, en particulier dans le cas des masques de grandes dimensions, que le masque s'allonge au cours de ce processus.L'allongement est provoqué par les tractions exercées sur le masque lorsqu'il est sépare du substrat, lorsqu'il est tendu dans le cadre, par les distensions occasionnées par les manipulations et/ou les nettoyages et par les pressions exercées au cours de l'opération de sérigraphie. Le masque étant fréquemment fragile du fait des fines lignes des dessins complexes qu'il comporte peut se rompre par endroits au cours de l'allongement, ce qui entraine l'obtention de dessins imparfaits. Lorsqu'on utilise un masque qui a été allongé au cours du procédé d'induction de matière ou d'impression, la matière du type pâte a tendance à passer au-dessous de certaines parties du masque au cours de l'impression. Il en résulte un maculage du dessin déposé sur le substrat.La netteté réduite est souvent peu satisfaisante; par exemple pour les applications électroniques dans lesquelles des conductivités précises des lignes sont nécessaires et où des csurt-circuits et des capacités indésirables entre les lignes provoquent des défaillances. En outre, le dessin du masque n'est pas aligné avec des trous perforés dans le substrat ou aec des dessins précédemment formés sur le substrat. On a déjà essayé de résoudre ce problème dans le cas où un réseau conducteur auto-portant doit être fabriqué, comme décrit dans le brevet des E.U.A No. 3 322 871, dans lequel un caoutchouc de silicone est utilisé comme substrat pour le masque. Le masque adhere au substrat de silicone même sous la pression de la pâte ou bouillie qui est refoulée à travers le masque. Le masque est "pelé" du substrat et le réseau de pâte conductrice peut être utilisé tel quel ou, comme suggeré dans le brevet, pour recevoir un revêtement en une matiere de ferrite. Cette technique ne resoud pas le problème d'impression décrit ci-dessus. Conformément à la présente invention, l'impression peut être effectuée à travers des masques sans-support, sans qu il y ait allongement du masque et tout en obtenant un dessin nettement defini sur le substrat. Le procedé consiste à positionner le substrat, tel qu'une feuille de céramique crue, sur le socle d'un porte-ecran. Le substrat est fermement maintenu sur la base au moyen d'une différence de pression, telle que celle résultant de l'application d'une dépression à la face de la feuille de céramique tournée vers le socle du porte-écran. Le masque métallique souple comportant le dessin désiré qui doit être applique sur le substrat est retire d'une chambre de stockage et positionné sur le substrat. Le masque est maintenu fermement appliqué contre le substrat au moyen d'une force magnétique. Une bouillie ou pate appropriée est appliquee au substrat par refoulement à travers le masque.Le masque est enlevé du substrat par un mouvement de "pelage" et est retourné dans la chambre de stockage où un fluide peut être utilisé pour nettoyer le masque en vue d'une utilisation ultérieure. La separation par pelage permet l'obtention d'une excellente qualité d'impression sérigraphique meme lorsque l'impression de très fines lignes est requise. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la presente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représente un mode de realisation préféré de celle-ci. Les figures 1 et 1A représentent le masque de la technique antérieure monte dans une structure de cadre et le procédé d'utilisation de ce type de masque encadré. La figure 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif de stockage des masques metalliques souples de la présente invention. Les figures 3, 4 et 5 représentent un mode de réalisation préférentiel du procédé de la présente invention, et Les figures 6, 7 et 8 sont des photographies-de dessins métalliques imprimés par sérigraphie. Les masques métalliques utilises dans le procéde de la technique antérieure représenté sur les figures 1 et 1A ou dans le procedé préférentiel de la presente invention représenté sur les figures 3 à 5 peuvent être fabriqués en utilisant des techniques de gravure et/ou des techniques de déport électrolytique. Les masques gravés peuvent être formés à partir d'une feuille métallique en molybdène, acier inoxydable, cuivre ou cuivre au béryllium de quelques centièmes de millimètre d'épaisseur. Une laque photosensible est exposée à travers un negatif approprie du dessin du masque. Après developpement, la laque est fixée en place aux endroits exposés et est éliminée par lavage des regions non exposees. La structure est placée dans un bain de gravure.Le revêtement de laque protége la feuille de métal de l'attaque chimique dans les regions que l'on désire ne pas être gravées. Le dessin du masque est gravé à travers la feuille dans le bain pour former le masque. La laque photosensible restante est alors enlevée et le masque est nettoyage. Dans le procédé de dépôt électrolytique, le masque métallique est forme par dépôt d'un métal tel que du nickel sur une feuille de métal appropriée. La feuille de métal comporte une surface chimiquement passive de sorte que, lorsque la pellicule de nickel déposée électrolytiquement est formée, elle peut être séparée de la feuille support métallique. Conformément à ce procédé, une laque photosensible positive est appliquée à la pellicule et exposée à un rayonnemert approprie pour obtenir un négatif du dessin du masque. La laque sensible reste sur les régions non exposees après le développement et est enlevée par lavage des régions exposées. Il en résulte que les régions revêtues de laque sont situées dans les regions ou les ouvertures du masque doivent être formees. La structure est alors immergée dans un bain de placage électrolytique de nickel et le masque est accumulé jusqu'à une épaisseur de quelques centièmes de millimètres dans les régions qui se trouvent entre les plages de laque photosensible. Apres placage, la laque photosensible est enlevée. Le masque formé est alors détaché de la feuille support. Dans le procédé de la technique antérieure représenté sur les figures 1 et 1A, le masque 10, formé selon l'un des procédés décrits cidessus, est soude, ou collé d'une autre manière, par exemple au moyen d'un adhésif dans une partie découpée au centre d'un tamis métallique 12. La partie découpee du tamis métallique a des dimensions légèrement inférieures à celles du masque de façon à permettre un recouvrement et à laisser T'espace nécessaire pour un bon raccordement par soudure ou par adhesif entre les deux. La structure de masque supportée 10, 12 est alors fixée dans un cadre 14 en tendant le tamis 12 autour d'organes de serrage 16 prévus sur chacun des quatre cotes du cadre. Chaque organe de serrage est composé d'une barre 18 et de vis 20. Le serrage des vis 20 serre la barre 18 contre la partie extérieure du cadre et fixe fermement chaque côte du tamis 12 au cadre. Le cadre contenant le masque est alors placé sur le socle 22 d'un porte-écran qui porte déjà sur sa surface un substrat, tel qu'une feuille 24 de céramique crue. Alternativement, le cadre peut être fixé dans un porte-cadre qui pivote sur le socle du porte-écran. Le socle du porte-écran comporte des goujons saillants 26 qui sont enfilés dans des trous formes à la fois dans la feuille de céramique 24 et dans le masque 10. Le cadre est monté pivotant sur un coin du socle au moyen d'attaches pivotantes 28. Au cours de l'opération de sérigraphie, le cadre est serré rigidement au moyen des attaches pivotantes 28 et 29 contre la base pour empêcher tout déplacement latéral. En effet, un quelconque déplacement latéral aurait pour effet de maculer l'image imprimée par serigraphie. Le revêtement 30 est appliqué à travers les ouvertures de masque sur la feuille de céramique crue par des moyens appropries quelconques tels qu'une racle ou raclette 32. La bride de serrage 29 est retirée. Le cadre est alors soulevé et tiré en écartement de la feuille de céramique, comme representé sur la figure 1A. Au cours de cette opération, il existe des forces qui résultent de la presence de la pâte dans les ouvertures du masque et sur le dessus du masque qui retiennent le masque sur la feuille de céramique. Ce sont ces forces qui ont tendance à allonger le masque au cours de la séparation et même pendant l'opération d'impression sérigraphique du fait de la pression de la raclette. La durée de vie utile des masques est sensiblement réduite par suite de l'allongement des masques dans le cadre.En outre, l'image imprimée peut être maculée par suite du déplacemènt latéral relatif du masque et de la surface imprimee au cours de la séparation. Ceci peut ruiner l'image. Dans les cas graves, le dépôt peut etre arraché de la surface imprimee et rester dans les parties de masque, en particulier dans la région de séparation brusque (la derniere partie du masque a etre séparée). Ceci est particulièrement gênant avec des encres ou pâtes viscoelastiques. Les figures 2 à 5 representent un mode de réalisation préférentiel de la présente invention. La figure 2 represente la chambre de stockage des masques dans laquelle de nombreux masques sans upport 42 sont rangés dans des cases qui sont formees par des cloisons 44. Un fluide de nettoyage est contenu dans la chambre 40, ce fluide pouvant être entra9né en circulation, agité et filtré de façon à nettoyer les masques pendant qu'ils sont en attente d'etre utilises. Les masques 42 peuvent etre retires de la chambre à la main, au moyen d'un dispositif magnétique dans le cas où les masques sont en une matiere magnétique.Dans le cas où les masques métalliques ne sont pas en une matiere magnétique, d'autres types de mecanismes de prehension bien connus dans la technique peuvent être utilisés pour retirer les masques de la chambre 40. Les masques sont alors séchés pour éliminer le solvant qu'ils peuvent porter. Bien qu'un seul masque ait été represente comme étant rangé dans chaque case il est evident que plusieurs masques d'un type de configuration donné peuvent être rangés dans chaque case. Le dispositif de préhension peut être programmé pour saisir, sécher, positionner un masque sur le socle du porte-écran et le retourner dans la case, cette opération etant suivie de la saisie d'un masque portant le meme dessin ou un autre. La figure 3 représente le socle 50 du porte-ecran qui contient un certain nombre d'ouvertures 52 raccordees à un orifice d'aspiration 54.Une dépression peut etre appliquée par les ouvertures 52 pour maintenir fermement le substrat, tel qu'une feuille de céramique crue ou non cuite 56, sur le socle du porte-écran. Une description du type de feuille de ceramique crue auquel la presente invention est plus particulièrement applicable est donnée dans la publication "A Fabrication Technique for Multi-Layer Ceramic Modules" de H.D. Kaiser, Solide State Technology, mai 1972, pages 35-40. Les goujons 58 qui s'étendent à partir du socle 50 du porte-écran sont alignes avec des trous formés dans le substrat 56. Les goujons 58 peuvent présenter la capacite de rentrer dans le socle 50 du porte-ecran pendant l'exécution des taches d'impression et/ou d'enlèvement du masque. Un autre dispositif plus précis d'alignement du masque et du substrat utilise des moyens d'alignement optiques.Le dispositif d'alignement optique utilise une source de lumière 60 et des moyens de détection de la lumière, tels qu'un photoconducteur 62, disposés sur le côte opposé du socle du porte-ecran. Bien que la source lumineuse soit représentée comme constituée par une lampe électrique, une diode ou un transistor électroluminescent ou dispositif similaire peut être utilisé. Un électroaimant 70 ayant un noyau 72 et un enroulement 74 a été représente schematiquement. Le masque métallique 42 est retire de la chambre 40, séché et positionné sur la surface du substrat 56, en utilisant les goujons de cadrage et/ou le dispositif de cadrage optique 60, 62, comme représenté sur la figure 4. Un cadrage manuel peut également être utilisé. Lorsque le masque 42 a été ainsi positionné, l'électro-aimant 70 est excité et le masque est fermement immobilisé par la force magnétique sur le socle du porte-écran en appui contre le substrat 56. La pâte ou bouillie 80 peut alors etre refoulée à travers le masque- sur le substrat 56 par des moyens appropries quelconques, tels que la racle ou raclette 82 représentée. Des pinces additionnelles (non représentées) peuvent être egalement utilisées pour attacher le masque au socle 50 de ce porte-écran. La figure 5 représente l'enlèvement du masque 42, au moyen d'un dispositif de préhension magnétique 84, du substrat 56 et du socle 50 du porte-ecran. Cet enlèvement est, naturellement, effectué après que l'electro-aimant a été désexcité de sorte qu'il n'y a plus d'attraction magnétique entre le masque 42 et le socle 50 du porte-écran. Alternativement, la suppression de l'attraction magnétique peut être synchronisée de façon à assurer une libération progressive en utilisant une série d'electro-aimants. Au cours du "pelage" du masque du socle du porte-ecran, l'application de la dépression est maintenue de sorte que le substrat 56 est fermement maintenu sur le socle 50 du porte-écran. L'action de "pelage" du masque produit des dessins déposes très nets non-empâtés sur le substrat.Ceci constitue une condition très importante pour certains types de pâtes et de lignes fines. Le masque detache peut alors être réutilisé sans nettoyage ou le masque peut être soumis a un cycle de nettoyage et ramené dans la chambre de stockage et de nettoyage 40. La feuille de ceramique portant le dessin déposé est alors traitée de la manière normale selon la nature du substrat et la nature du revêtement deposé. Si le substrat est une feuille crue de céramique et si le dépôt est une pâte metallique conductrice, le traitement final consiste à sécher la pâte pour éliminer les solvants, à empiler les feuilles les unes sur les autres dans l'ordre et dans l'orientation appropriés pour obtenir la configuration desirée, à stratifier ou lamifier les feuilles entre ell-es pour former un corps monolithique et à cuire le corps à une température élevée dans l'atmosphère appropriée pour fritter le corps en une électrocéramique. Les détails de ce type de procéde sont décrits dans la publication ci-dessus mentionne de H.D. Kaiser. Les substrats électroniques complexes nécessitent une impression très fine pour remplir leurs fonctions électriques. Les conditions requises dépassent de beaucoup celles de l'impression normale ou au stencil. Des variations de largeur aussi petites que 0,05mm peuvent etre désastreuses. Une rupture microscopique dans un conducteur est intolérable. Si des débris microscopiques sont emprisonnes entre le masque et la surface du substrat, la pate s'écoule autour de ces emplacements. Cependant, les moyens de retenue magnétiques maintiennent le masque appliqué contre la feuille d'une maniere étanche et réduisent cet effet au minimum. De même, le "pelage" du masque de la feuille reduit au minimum le maculage et l'arrachage de la pâte de la feuille. La figure 6 représente un dessin déposé par sérigraphie presque parfait d'une pâte metallique (en noir) sur un substrat en céramique d'alumine (en blanc). La figure 7 montre le maculage du dessin en pâte métallique. La figure 8 montre comment des débris, tels qu'un cheveu ou une petite particule, emprisonnée entre le masque et le substrat peuvent detruire la netteté du dessin métallique. Le point noir rond au centre de chaque cercle blanc a un diamètre de 0,15mm. Ce procédé d'impression sérigraphique permet d'obtenir des avantages importants lors de la programmation de l'opération d'impression sérigraphique dans le but d'obtenir le rendement optimal. Plusieurs couches du même modele peuvent être imprimees si désiré, ou alternativement, des feuilles unitaires individuelles portant des dessins différents peuvent être imprimées. Ceci permet, en utilisant des techniques de programmation et de fabrication automatiques relativement simples, de construire les couches superieures de maniere à répondre aux conditions d'une operation de fabrication. Les améliorations principales quant à la netteté de l'image résultent de l'application étanche du masque contre la feuille pour éviter que la pâte soit repoussée entre eux, du fait que l'allongement et la distorsion du masque, qui empêchent l'obtention d'un cadrage convenable, sont évités et du fait que le maculage et l'arrachage de la pâte ou encre en cours de la séparation du masque et du substrat après l'impression sont evités. Des améliorations importantes de la netteté et de la reproduction des détails sont obtenus grâce à ces perfectionnements réalisés par rapport à la technique antérieure. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins, les caracteristiques 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 détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de sérigraphie utilisant un masque sans support pour appliquer des revêtements sur la surface de substrats caractérisé en ce qu'il comprend les étapes qui consistent à positionner un substrat sur le socle d'un porte-écran-; à immobiliser le substrat sur le socle au moyen d'une difference de pression; à sortir d'un dispositif de stockage un masque métallique souple portant le dessin désiré; à maintenir le masque applique sur le substrat; à appliquer une pâte à travers le masque sur le substrat pour former le revêtement; et à retirer le masque du substrat par un mouvement de pelage. 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le substrat est constitué par une feuille de céramique crue. 3.- Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la difference de pression est obtenue en appliquant une dépression sur la face du substrat tournée du côté du socle du porte-écran. 4.- Procédé selon'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le masque métallique est composé, au moins en partie, d'une matiere magnétique et en ce que le masque est positionné sur le substrat et enlevé du substrat au moyen d'un dispositif de préhension magnétique. 5.- Procédé selon la revendication 4 caractérise en ce que le masque métallique est maintenu appliqué contre le substrat au moyen d'une force magnétique. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'une raclette est utilisée pour refouler la pâte à travers le masque métallique. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le masque est rangé dans une case formée dans une chambre contenant un fluide de nettoyage et en ce qu'à la suite de son enlèvement du substrat il est nettoyé dans la case par circulation du fluide de nettoyage. 8.- Procéde de sérigraphie utilisant un masque sans support pour déposer des revêtements sur des substrats en céramique crue, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes qui consistent à ranger des masques dans une-chambre; à positionner un substrat en céramique sur le socle d'un porte-ecran; à extraire un masque de la chambre; à maintenir le masque sur le substrat au moyen d'une force magnétique; à appliquer une pâte à travers le masque sur le substrat pour former le revêtement; à enlever le masque du substrat par un mouvement de pelage; à remettre le masque dans la chambre. 9.- Procédé selon la revendication 8 caractérise en ce que le substrat est maintenu appliqué contre le socle au moyen d'une dépression appliquée à la face du substrat située du côté du socle, cette dépression étant maintenue jusqu'à ce que le masque ait eté enleve par un mouvement de pelage. 10.- Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9 caractérisé en ce que le masque est retiré de la chambre, positionné sur le substrat, enlevé du substrat et remis dans la chambre au moyen d'un dispositif de préhension magnétique. 11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 caractérisé en ce que le substrat en céramique est aligné sur le socle au moyen de goujons s'étendant à travers des trous formés dans le substrat, et en ce que le masque est aligné sur le substrat au moyen de ces goujons qui s'etendent à travers des trous prevus dans le masque et par la détection optique de lumières traversant des ouvertures du masque.