Brevet FR2397941A1 — publié le 19790216

La présente invention concerne une tête d'impression thermique, ainsi que son procédé de fabrication On contact déjà des tettes dimpression thermique realisées par exemple à laide de circuits intégrés semi-conducteurs. La présente invention propose une nouvelle teAte d'impression thermique, montée sur substrat céramique0 La tete d'impression thermique selon 11 invention comporte - un substrat de céramique, - un premier dépôt conducteur sur ce substrat de céramique, - une série de seconds dépôts conducteurs présentant chacun une partie adjacente au premier dépôt conducteur, et - des plages de matière résistive, qui chacune s'é- tendent entre l'un des seconds dépôts conducteurs dans sa partie adjacente au premier dépôt conducteur, et le premier dépôt conducteur, en faisant contact électrique de part et d'autre. Dans le mode de réalisation préférentiel, le premier dépôt conducteur comporte une partie principale sensiblement rectiligne,etès seconds dépôts conducteurs sont adjacents au premier dépôt conducteur suivant cette partie principale sensiblement rectiligne, les plages de matière résistive étant ainsi sensiblement alignées0 Chacune des plages de matière résistive recouvre légèrement le premier dépôt conducteur deune part, et l'un respectif des seconds dépôts conducteurs d'autre part. Le premier dépôt conducteur comporte au moins à l'une de ses extrémités une extension transversale, et les seconds dépôts conducteurs s'étendent parallèlement à cette extension transversale, de façon que l'ensemble des dépôts conducteurs aboutisse sur un mEme côté du substrat de céramique. La tte d'im- pression comprend au moins un circuit souple aboutissant sur le côté du substrat où arrivent également les premier et seconds dépôts conducteurs, ainsi que des liaisons électriques entre les extrémités individuelles de ces dépôts conducteurs et les conducteurs individuels dudit circuit souple. Les liaisons électriques sont constituées de fil d'aluminium. La tette d'impression comporte également un bloc de matière plastique moulée recouvrant lesdites extrémités des premier et seconds dépôts conducteurs ainsi que le bord du substrat, un alésage étant ménagé dans ce bloc de matière plastique, afin de permettre un mouvement de rotation de la tAte d'impression autour d'un axe sensiblement parallèle à la direction d'alignement des plages conductrices. Les dépôts conducteurs comprennent l'une au moins des matières comprenant le platine, l'argent, le palladium et l'or, ainsi que leurs mélanges ou alliages9 et les plages résistives comprennent au moins des matières du groupe comprenant l'argent, le palladium, le verre, le thallium, le dioxyde de thallium, et leurs mélanges ou alliages. Le procédé de fabrication de la tette d'impression thermique sur céramique est caractérisé par les opérations suivantes - on dépose sur une feuille de céramique un premier motif conducteur, et une série de seconds motifs conducteurs présentant chacun une partie adjacente au premier motif conducteur, et - on dépose une série de plages de matière résistive, qui chacune s' étendent entre l'un des seconds motifs conducteurs dans sa partie adjacente au premier motif conducteur, et le premier motif conducteur, en faisant contact électrique de part et d'autre. Très préférentiellement, la feuille de céramique est une feuille de céramique crue, l'une au moins des opérations de dépôt est effectuée par sérigraphie, et elle est suivie d'une opération de cuisson destinée à réaliser un frittage de la céramique ainsi que du dépôt effectué. I1 s'est avéré avantageux que l'on dépose tout d'abord la série de seconds motifs conducteurs ainsi que la série de plages de matière résistive sous forme de deux bandes de matière conductrice et de matière résistive respectivement, et que l'on découpe ensuite ces deux bandes en.motif conducteur et plage résistive individuels. Dans la mise en oeuvre préférentielle, les deux dépôts conducteurs aussi bien que le dépôt des plages de matière résistive sont effectués par sérigraphie. Toutefois, on peut également déposer les plages de matière résistive sous la forme d'élémentsrésistifs de fil bouclé qui sont fixés d'une part au premier motif conducteur, et d'autre part à la partie adjacente du second motif conducteur. Enfin, les matières de dépôt utilisées dans le procédé peuvent être l'une quelconque des matières précédemment définies, et ceci aussi bien pour les motifs conducteurs que pour les plages de matière résistive. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, et sur lesquels : - la figure 1 représente une vue latérale d'ensemble de la tête d'impression thermique selon l'invention, avec ses circuits souples et son connecteur - la figure 2 représente une vue de dessus de la tête d'impression de la figure I - la figure 3 représente un détail de la tête d'impression de la figure 2 ; - la figure 4 représente la première étape d'une mise en oeuvre préférentielle du procédé de fabrication de la tête d'impression thermique selon l'invention - la figure 5 représente la deuxième étape du même procédé ; et - la figure 6 représente les dernières étapEs de ce procédé. Sur la figure 1, la tette d'impression thermique comporte un substrat de céramique 1 qui se prolonge à l'intérieur d'un bloc de plastique moulé 2 muni d'unalésage 3. A l'intérieur du bloc de plastique sont collés sur l'extrémité du substrat de céramique 1 deux circuits souples 4 et 5, dont les autres extrémités coopèrent avec un connecteur 6, qui est par exemple un connecteur de deux fois 72 sorties au pas standard de 0,635 mm. Le meme pas est utilisé pour les circuits souples. En variante, on pourrait utiliser un seul circuit souple mais double face. Sur la figure 2, on retrouve les éléments de la figure 1, avec en plus l'axe 7 qui coopère avec l'alésage 3 ménagé dans le bloc plastique 2. On voit de plus une pluralité de plages résistives 130, qui apparaissent mieux sur la vue détaillée de la figure 3. Ces plages résistives sont reliées de part et d'autre à des conducteurs qui ne sont pas représentés sur les figures I à 3. Les plages sont par exemple carrées, de dimension 0,25 mm x 0,25 mm, alignées, et leur pas dans la direction d'alignement est par exemple de 0,33 mm environ. On peut ainsi réaliser 120 points sur une longueur de 40 mm, au pas de O,53 mm. POur imprimer des chiffres et des lettres, l'impression est réalisée point par point de façon connue en soi, et tous les points situés sur une meme ligne droite sont imprimés en même temps. A cet effet, la tte d'impression 1 coopère sur la figure 1 avec un tambour porteur d'un papier thermosensible. Le tambour déroule ce papier pas à pas, avec également un pas de 0,33 ms. L'homme de l'art comprendra que l'on peut ainsi réaliser l'impression de chiffres et/ou de lettres avec une définition tout à fait satisfaisante. La largeur de 40 mm fait que la tette d'impression azurite s'applique notamment aux imprimantes des calculatrices. Bien entendu, en modifiant sa largeur, on pourra l'adapter à d'autres applications d'impression thermique. La structure de la tête d'impression thermique selon l'invention sera mieux comprise par la description de son procédé préférentiel de fabrication. Cette description sera faite en référence aux figures 4 à 6, qui pour simplifier les dessins ne comportent qu'une partie de la tête d'impression. Sur la figure 4, le substrat de céramique 10 porte un premier motif conducteur 11, qui présente une partie principale sensiblement rectiligne 115 s'étendant le long de l'un des bords du substrat, ainsi qu'une partie transversale 116 allant vers le bord parallèle opposé du substrat. Un second dépôt conducteur 12 est effectué de façon adjacente au premier. C'est-à-dire que le dépôt conducteur 12 s'étend parallèlement et au voisinage de la partie principale 115 du premier dépôt conducteur 11, et qu'il s'étend transversalement pour atteindre pratiquement la meme extension de la partie secondaire 116 du premier dépôt conducteur. Les motifs conducteurs Il et 12 de la figure 3 sont déposés avantageusement par sérigraphie, à l'aide dgune encre de dépôt contenant de façon connue en soi un liant et un solvant, et comme matière de dépit au moins l'une des matières du groupe comprenant le platine, l'argent, le palladium, l'or et leurs mélanges ou alliages. On part soit d'un support de céramique déjà fritté, soit d'une feuille de céramique crue, qui pourra être cuite et frittée en meme temps que l'un quelconque des dépôts conducteurs. Le premier dépôt (motifs Il et 12) est séché à température modérée, pour l'évacuation du solvant et d'une partie du liant contenu dans l'encre, de façon connue en soi. A ce moment apparat une première variante de l'invention, On peut soit procéder à un second dépôt après cette opération de séchage du solvant, soit procéder immédiatement à une cuisson pour l'évacuation complète du liant, et le frittage du premier dépôt. Après cela, on dépose de la manière représentée sur la figure 5 une plage résistive 13, qui s'étend dans la direction de la partie principale 115 du premier dépôt conducteur, et chevauche l'intervalle laissé libre entre le motif conducteur Il et le motif conducteur 12, tout en recouvrant légèrement ces deux motifs. Cette seconde opération de dépôt s'effectue préSéren- tiellement par sérigraphie. On utilise comme encre de dépôt une encre à base d'argent et de palladium, avec addition de verre dans la proportion de la résistance désirée. On peut également ajouter du thallium, ainsi que de l'oxyde de thallium. il s'est avéré souhaitable de choisir l'encre de dépôt de façon que la résistance finale par unité de surface en section droite soit comprise entre environ 80 ohms par carré, et environ 120 ohms par carré. Le dépôt fait par sérigraphie a ensuite été séché comme précédemment. Ensuite, ou procède à une cuisson, qui est destinée à évacuer le reste des liants des encres de dépôt, ainsi qu'à réaliser un frittage. Suivant galon a déjà fritté la céramique ou non, cette opération de frittage produit un frittage de l'ensemble, où seulement le frittage du dépôt de la couche résistive. Ensuite, on découpe au laser les motifs 12 et 13, de façon à obtenir une série de plages résistives séparées telles que 130, qui sont électriquement disjointes les unes des autres, et qui sont reliées chacune à une partie indépendante telle que 120 du dépôt conducteur 12, ainsi qu'au dépôt conducteur Il qui sert de conducteur commun. On voit qu'une même opération de découpage au laser permet d'isoler en même temps et de façon très fiable à la fois chaque plage résistive et la partie du second conducteur 12 qui doit lui être relié. Puis, on procède au collage d'un ou deux circuits souples sur la partie inférieure du substrat 10. Et les conducteurs de ces circuits souples sont soudés individuellement avec les extrémités de la partie transversale 116 du conducteur 91 d'une part, ainsi qu'avec les extrémités des parties individuelles telles que 120 qui ont été obtenues à partir du premier dépôt conducteur 12. Ces liaisons électriques sont réalisées par exemple à l'aide de filsd'aluminum, ou de fils émaillés, et ces fils peuvent être soudés à leurs deux extrémités à l'aide des techniques de soudage utilisés en microélectronique, par exemple par ultrasons. Enfin, les autres extrémités du ou des circuits souples sont reliées au connecteur 6 des figures 1 et 2. Le mode de réalisation préférentiel que l'on vient de décrire utilise des dépôts qui sont tous effectués par sérigraphie. On dépose une grande plage conductrice 12 et une grande plage résistive 13, et on la- découpe par laser. Une variante simple de l'invention consiste à déposer directement les plages 12 et 13 sous la forme des éléments de circuit individuels qui apparaissent sur la figure 6. Dans une autre variante, on ne réalise que le dépôt des deux motifs conducteurs par sérigraphie, soit en déposant le motif conducteur 12 sous forme d'une plage qui est ensuite découpée par laser, soit en le déposant directement sous forme des bandes itn ces de la figure 6. Et le dépôt des plages conductrices est effectué ensuite par fixation d'élémenisrésistifs de fils bouclés d'une part au motif conducteur 17 et d'autre part aux bandes conductrices telles que 120. On va maintenant donner deux exemples d'application de l'invention, qui font usage du procédé préférentiel à deux dépôts par sérigraphie. Dans le premier exemple, on dépose des grandes plages qui sont ensuite découpées par laser. Dans le second, on dépose directement les seconds conducteurs ainsi que les plages résistives sous forme de bandes individuelles. EXEMPLE I On a préparé des feuilles de céramique 10, au format 50 mm x 25 mm. Le support ; céramique était du type céramique alumineuse à 72 % d'alumine, déjà frittée. Sur ces support ont été déposés tout d'abord les motifs conducteurs Il et 12 de la figure 3. Ce dépôt a été effectué par sérigraphie, et l'encre de dépôt était le produit N0 4191 vendu en France par la Société ENCRA. Ce premier dépôt a ensuite été séché à la température de 1700C pour l'évacuation du solvant et d'une partie du liant contenus dans l'encre. Après cela, on a procédé au dépôt par sérigraphie de la couche résistive 13 selon le motif de la figure 4, à l'aide de l'encre de dépôt NO 5012 de la Société EMCA. Le dépôt a ensuite été séché comme précédemment. L'opération suivante a été la cuisson destinée à évacuer le reste des liants des encres, au cours de la montée en témpérature, puis à réaliser le frittage des différents dépôts. La température maximale a été de 9500C pour les encres utilisées. Ensuite on a découpé au laser les motifs 12 et 13, de façon à obtenir 120 plages résistives telles que 130 séparées les unes des autres, et reliées chacune à une partie indépendante telle que 120 du dépôt conducteur 12. Bien entendu, tous les conducteurs tels que 120 doivent être séparés électriquement les uns des autres après cette opération. On a utilisé à cet effet un laser du type C02 mu par un entraSnement mécanique convenable; Ensuite un premier circuit souple 20 a été collé sur la feuille de céramique 10, conducteurs en haut. Et ses conducteurs tels 201 ont été réliés respectivement au conducteur 11 et à un sur deux des conducteurs tels que -120, à l'aide de fils d'aluminium 40 de diamètre 25 microns soudés par ultrasons à leurs deux extrémités. Puis un second circuit souple 30 a été collé sur le premier, et ses conducteurs tels 301 ont été reliés respectivement de la même façon au reste des conducteurs tels que 120. Enfin, les extrémités des circuits souples, des conducteurs Il et 120 notamment, et les fils d'aluminium tels 40 ont été noyés dans un enrobage moulé de plastique du type époxydé où a été .ménagé l'alésage 3 de la figure 1. Et, de leur côté, les autres extrémités des circuits souples 20 et 30 ont été fixées au connecteur unique 6, comprenant 2 x 72 connexions au pas standard de 0,635 mm. On a obtenu de cette façon des plages résistives de 0,25 mm environ sur 0,25 mm environ, au pas de 0,33 mm. La résistance par unité de section droite de chacune des plages était d'environ 100 ohms par carré. il s'est avéré au cours des essais ultérieurs que la valeter exacte de cette résistance ntest pas critique pour le bon fonctionnement de la tette d'impression. De plus, sur un échantillon, on a réalisé un usinage au laser des plages résistives 130, et il s'est avéré que cette opération permet d'ajuster la résistance des plages, si besoin est. On a également réalisé une tête d'impression satisfaisante en remplaçant l'encre NO 5012 par l'encre N0 5512:de la même Société, pour déposer les plages résistives. EXEMPLE II On a préparé les mêmes feuilles que pour l'exemple 1. Les deux dépôts sérigraphiques ont été effectués comme précédemment, sauf que leur motif correspondait directement à ceux de la figure 6 ; c'est-à-dire que le conducteur Il a été déposé en entier, mais avec des portions individuelles telles 120 des seconds conducteurs 12. De même, les plages résistives telles 130 ont été déposées directement sous forme séparée. Le reste du processus a été le même, sauf quil nty a pas eu de découpe au lasers puisque les motifs tels 120 et 130 sont séparés dès lorigine5 Le fonctionnement de la tête d'impression s'est avéré satisfaisant REVENDICATIONS 1. Texte d'impression thermique, caractérisee par le fait qu'elle comporte - un substrat de céramique, - un premier dépôt conducteur sur ce substrat de céramique, - une série de seconds dépôts conducteurs présentant chacun une partie adjacente au premier dépôt conducteur, et - des plages de matière résistive, qui chacune sté- tendent entre l'un des seconds dépôts conducteurs dans sa partie adjacente au premier dépôt conducteur, et le premier dépôt conducteur, en faisant contact électrique de part et d'autre. 2. Tête d'impression thermique selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le premier dépôt conducteur comporte une partie principale sensiblement rectiligne, que les seconds dépôts conducteurs sont adjacents au premier dépôt conducteur suivant cette partie principale sensiblement rectiligne, les plages de matière résistive étant ainsi sensiblement alignées. 3. Tête d'impression thermique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que chacune des plages de matière résistive recouvre légèrement le premier dépôt conducteur d'une part, et l'un respectif des seconds dépôts conducteurs d'autre part. 4. Tête d'impression thermique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le premier dépôt conducteur comporte au moins à l'une de ses extrémités une extension transversale, et que les seconds dépôts conducteurs s'étendent parallèlement à cette extension transversale, de façon que l'ensemble des dépôts conducteurs aboutisse sur un même côté du substrat de céramique. 5. Tête d'impression thermique selon la revendication 4, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un circuit souple aboutissant sur le côté du substrat où arrivent également les premier et seconds.dép8ts conducteurs, ainsi que des liaisons électriques entre les extrémités individuelles de ces dépôts conducteurs et les conducteurs individuels dudit circuit souple. 6. Tête d'impression thermique selon la revendication 5, caractérisée par le fait que ces liaisons électriques sont constituées de fil d'aluminium. 7. Tête d'impression thermique selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisée par le fait qu'elle comporte un bloc de matière plastique moulée recouvrant lesdites extrémités des premier et seconds dépôts conducteurs ainsi que le bord du substrat, et qu'un alésage est ménagé dans ce bloc de matière plastique, afin de permettre un mouvement de rotation de la tête d'impression autour d'un axe sensiblement parallèle à la direction d'alignement des plages conductrices. 8. Tdte d'impression thermique selon la revendication 5, caractérisée par le fait que l'autre extrémité dudit circuit souple est reliée à un connecteur au pas standard. 9. Tête d'impression thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que lesdites plages de matière résistive sont de dimensions sensiblement 0,25 mm x 0,25 mm, et réparties suivant une ligne droite au pas de 0,33 mm environ. 10. Tête d'impression thermique selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les dépôts conducteurs comprennent l'une au moins des matières comprenant le platine, l'argent, le palladium et l'or, ainsi que leurs mélanges ou alliages, et que les plages résistives comprennent au moins des matières du groupe comprenant l'argent, le palladium, le verre, le ffMalium, et leurs mélanges ou alliages, ou oxydes. 11. Procédé de fabrication d'une tête d'impression thermique, caractérisé par les opérations suivantes - on dépose sur un support de céramique un premier motif conducteur, et une série de seconds motifs conducteurs présentant chacun une partie adjacente au premier motif conducteur, et - on dépose une série de plages de matière résistive, qui chacune s'étendent entre l'un des seconds motifs conducteurs dans sa partie adjacente au premier motif conducteur, et le premier motif conducteur, en faisant contact électrique de part et d'autre. 12. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé par le fait que l'une au moins des opérations de dépôt est effectuée par sérigraphie, et qu'elle est suivie d'une opération de cuisson destinée à réaliser un frittage du dépôt effectué. 13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications fl et 12, caractérisé par le fait qu'on dépose tout d'abord la série de seconds motifs conducteurs ainsi que la série de plages de matière résistive sous forme de deux bandes de matière conductrice et de matière résistive respectivement, et que l'on découpe ensuite ces deux bandes en motifs conducteurs et plages résistives individuels. 14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications Il à 13, caractérisé par le fait que le dépôt des plages de matière résistive consiste à déposer des éléments résistifs de fil bouclé qui sont fixés d'une part au premier motif conducteur, et d'autre part à la partie adjacente de l'un des seconds motifs conducteurs, respectivement. 15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications Il à 14, caractérisé par le fait que les dépôts conducteurs comprennent l'une au moins des matières comprenant le platine, l'argent, le palladium et l'or, ainsi que leurs mélanges ou alliages, et que les plages résistives comprennent au moins des matières du groupe comprenant l'argent, le palladium, le verre, le thallium, et leurs mélanges ou alliages, ou oxydes,