Brevet FR2678468A1 — publié le 19921231

La présente invention concerne un procédé d'isolation d'au moins une face d'un élément électriquement conducteur pour l'obtention d'un circuit flexible. Il peut s'agir de manière non limitative d'un circuit imprimé flexible, destiné à l'électronique d'une manière générale, ou bien à la réalisation de semelles chauffantes d'appareils domestiques tels que fers à repasser. Il est connu d'obtenir des circuits imprimés souples dont au moins l'une des faces comporte une pellicule de polyimide telle que "apte", commercialisée par la société DUPONT, rendue solidaire d'une feuille métallique en cuivre par collage par l'intermédiaire d'une colle, interposée entre les deux éléments précités. Le collage s'effectue alors soit par pressage après interposition de la colle, soit par enduction de colle par bain de l'un des éléments,ensuite séché. Dans un cas comme dans l'autre, l'on procède ensuite au collage proprement dit par polymérisation à chaud. Ultérieurement ou consécutivement, un tracé conducteur est imprimé sur la feuille de cuivre par photogravure, s'effectuant de manière connue par l'application d'un revêtement résistant à la gravure chimique, le cuivre superflu étant éliminé ensuite. Il est également connu de remplacer le poluimide par un polyester. Ces deu produits sont inadaptés dans certaines applications En effet le polyester est limité en température dans une zone ne riepussnnt pas 120 c, ce .lui rend impossible toute soudure ultérieure de composants électroniques sur le circuit, à moins d'aménagements spéciaux. En ce qui concerne le polyimide, ne s'agissant pas d'un thermoplastique, les colles utilisables sont limitées en température dans une fourchette située entre 150 et 180 e C ce qui exclut certains domaines tels que la géothermie, la recherche pétrolière ou certains appareils électroménagers tels que semelle chauffante de fer à repasser précisément. De plus il est à noter que dans la technique connue précitée il faut tenir compte d'une étape de fabrication supplémentaire concernant la polymérisation qui est relativement longue et qui ne permet pas une production en continu. Dans la réalisation d'éléments chauffants à plat à résistance électrique, par exemple ustensiles culinaires à fond chauffant ou fers à repasser, il a été proposé d'obtenir cet élément en découpant une résistance chauffante dans une feuille métallique puis de l'enrober dans un substrat isolant résistant à la température et adhérant à la feuille métallique. Le substrat dans ce cas est soit une poudre isolante et réfractaire compactée sous haute pression, soit une couche de cellulose imprégnée de résine chargée ou non et polymérisable à chaud. Urne telle technique présente un certain nombre d'inconvénients pour la fabrication en grande série, car la mise en oeuvre du substrat et complexe est onéreuse et elle ne permet pas d'envisager dans un souci de progrès technique et de rentabilité, une résistance chauffante qui serait obtenue de manière nouvelle à partir d'un circuit imprimé, faute de support adéquat, permettant sa réalisation et qui est apte également à constituer un isolant supportant la haute température, tout en ne présentant pas les inconvénients liés à l'utilisation d'un polyimide ou d'un polyester précités, nécessitant de toutes manières l'apport d'un adhésif comme évoqué précédemment. Un autre cas d'application concerne la réalisation de substrats métalliques isolants pour l'utilisation de câblage multiplexeur en aéronautique et surtout dans l'industrie automobile. A l'origine ils ont été réalisés à partir de feuillard de cuivre collé sur le support aluminium avec un film polyimide souple comportant sur chaque face une couche d'ahésif acrylique polymérisable à chaud sous pression (180 C pendant 2 heures). Il a été proposé aussi de remplacer ce film (très coûteux) par une couche de verre époxyde, le tout étant toujours stratifié à 180 G pendant 2 heures.Cette procédure, bien que plus abordable est limitée par trois facteurs - Le matériel nécessaire à la production est peu productif - Il est d'un coût important - La tenue thermique du stratifié est limitée entre 120 C et 180 C. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et propose de remplacer les adhésifs et les isolants par un unique et même produit : un film thermoplastique, et utiliser la fusion superficielle du film pour le coller sur les feuillards métalliques.Le métal absorbant plus rapidement la chaleur que l'isolant, fera fondre le film thermoplastique en surface, la surface fondue va mouiller le métal chaud. Ce système de collage simple et rapide est réalisé par collage en continu sur une simple machine à rouleaux chauffants en métal recouvert de PTFE ou caoutchouc silicone ou encore sans enveloppe suivant l'application ou le fini de surface souhaité.Pour une bonne adhérence le feuillard métallique doit avoir un état de surface approprié (rugosité, oxydation, etc...) Pour atteindre ce résultat, et résoudre les problèmes précités, il a été constaté, au cours de différents essais préliminaires, de façon surprenante et inattendue, que les films thermoplastiques vendus sous le nom commercial "LYTREN" par la société P.C.D. présentaient des caractéristiques dont certaines étaient de nature à permettre la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Il s'agit- essentiellement de la température de fusion de ce produit pouvant atteindre 220 C et plus. Les essais ont démontré que le produit obtenu est bien souple et peut être plaqué facilement sur des surfaces non planes, ce qui garantit une transmission thermique rapide et efficace (à rendement équivalent la puissance électrique consommée sera plus faible), le matériau n'est pas fragile, la fabrication rapide en continu à partir de machines simples donne un coût de production bas; enfin la résistance thermique du matériau employé comble un vide technologique existant jusqu'aujourd'hui. Pour comparaison, dans le cas des substrats métalliques isolants, à production égale, le procédé proposé représente un investissement approximativement dix fois plus faible. Bien entendu les feuillards métalliques peuvent être de toute nature telle que cuivre, aluminium etc. D'autres caractéristiques apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple et qui fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée au regard des dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un circuit obtenue selon les étapes successives A,B,C,D,E,F du procédé conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe transversale d'une nappe de câbles plats, obtenue selon les étapes successives A,B,C,D,E du procédé conforme à l'invention. La figure 3 est une vue en coupe transversale d'une nappe de câbles plats pourvue d'un blindage interne et d'un blindage externe, obtenue selon les étapes successives A,B,C du procédé conforme à l'invention. Les figures 4 et 5 sont des vues d'un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour l'obtention notamment du circuit de la figure 1. A titre d'exemple non limitatif la figure 1 illustre un procédé d'obtention d'un circuit électrique résistif flexible apte à constituer la résistance chauffante d'une semelle d'appareil électroménager, notamment un fer à repasser. Ce procédé consiste à : - Mettre en présence un premier film -thermoplastique 1 et un feuillard métallique 2 en cuivre par exemple (figure 1A) formant un élément conducteur et de disposer ceux-ci l'un sur l'autre. - On lamine directement cet ensemble 1,2 entre deux rouleaux chauffants 5,6 selon une température apte à produire une fusion superficielle du film 1 et provoquer son adhérence sur une première face 2 a du feuillard de cuivre 2, sans adhésif intermédiaire (figure 1B). - On réalise ensuite un circuit déterminé par photogravure de la seconde face 2 b du feuillard 2 pour constituer des conducteurs 2 c : la réalisation de conducteurs par photogravure étant bien connue en soi ne sera pas décrite ici (figure 1C). - On dispose un second film thermoplastique 3 sur la seconde face photogravée 2 b du feuillard initial 2 (figure 1D et lE). - On lamine à nouveau directement ce nouvel ensemble 1,2,3 entre deux rouleaux chauffants 5,6 selon une température apte à produire une fusion partielle du second film 3 de manière à provoquer, sans adhésif intermédiaire, son adhérence à la fois sur la seconde face photogravée 2 b et sur le premier film 1, par infiltration entre les conducteurs 2 c photogravés (figure 1F). L'épaisseur de l'ensemble du circuit imprimé, isolé sur ses deux faces est de l'ordre de 0,1 à 0,2 millimètres. Les figures 4 et 5 représentent un dispositif 4 désigné dans son ensemble, respectivement dans une phase d'application du film 1 sur une première face 2 a d'un feuillard 2 et dans une phase d'application du film 3 sur une seconde face 2 b des conducteurs 2 c, obtenus par photogravure du feuillard 2, au cours d'une opération située entre les deux phases précitées de fabrication du circuit. Comme le montrent les figures 4 et 5, le dispositif 4 comporte essentiellement deux rouleaux chauffants 5,6 d'écartement réglable selon l'épaisseur et la compression souhaitée. Ces rouleaux 5,6 sont entrainés en rotation selon des sens Ri et R2 de manière à faire avancer dans le sens F, en continu, l'ensemble 1,2 (figure 4) ou le produit fini 1,2, 3 (figure 5). Avantageusement les films 1 et 3 et le feuillard 2 sont amenés entre les rouleaux 5,6 à partir de bobines respectivement 7,8,9 permettant la fabrication en continu. Un appareil de préchauffage 10, par infrarouges ou par induction, du feuillard 2 peut être également prévu. Selon un autre exemple de produit, le circuit flexible est constitué par une pluralité de câbles plats 11 disposés en nappe. Ledit circuit étant obtenu par les étapes suivantes du procédé, sensiblement identique au précédent - On dispose un premier film thermoplastiqlte 12 sur une première face 11 a des câbles plats 1l disposés parallèlement selon des espaces intercalaires prédéterminés 13 (figure 2A). - On lamine directement cet ensemble 11, 12 entre deux rouleaux chauffants 6,7 selon une température apte à produire une fusion superficielle du film thermoplastique 12 et provoquer son adhérence sur ladite première face 11 a des câbles 11, sans adhésif intermédiaire (figure 2B). - On dispose un second film thermoplastique 14 sur la seconde face 11 b des câbles 11 (figures 2C et 2D). - On lamine à nouveau directement cet ensemble (11, 12, 14) entre deux rouleaux chauffants 6,7 selon une température apte à produire une fusion partielle du second film 14 de manière à provoquer, sans adhésif intermédiaire, son adhérence à la fois sur la seconde face 11 b des câbles Il et sur la première face 12 a du film 12 par infiltration entre les câbles 11 (figure 2E). Selon un autre exemple de produit (figure 3) le circuit flexible est constitué par une pluralité de câbles plats 15, pourvue d'un blindage interne 17 et d'un blindage externe 16, 16A, et obtenu par les étapes suivantes - On dispose par empilement un premier blindage externe 16 composé d'un feuillard métallique en cuivre. .un premier film thermoplastique 18 isolant. une première série de câbles plats la. .un second film thermoplastique 19, isolant. .un blindage interne 17 composé d'un feuillard métallique en cuivre. .un troisième film thermoplastique 20 isolant. une seconde série de câbles plats 21. .un quatrième film thermoplastique 22 isolant .un second blindage externe 16A composé d'un feuillard métallique en cuivre (figure 3A). - On lamine directement cet ensemble entre deux rouleaux chauffants 5 et 6 selon une température apte à produire une fusion partielle des couches de films thermoplastiques 18,19, 20,22 de manière à provoquer sans adhésif intermédiaire, leur adhérence entre les câbles 15, 21 et les blindages 16, 16A, 17 de manière à les isoler entre eux (figure 3B, 3C). Selon un autre exemple de produit, pouvant être obtenu à partir d'un circuit flexible obtenu selon le procédé décrit ci-dessus pour la réalisation d'un substrat métallique isolant (SMI), on dispose le dit circuit sur une semelle dissipatrice (non représentée) de la chaleur, constituée par une plaque métallique rigide d'épaisseur prédéterminée, sur laquelle adhère par fusion, en passant entre deux rouleaux chauffants 5 et 6, un film thermoplastique situé entre ledit circuit sur lequel il est préalablement disposé, et ladite semelle dissipatrice. Dans les différentes variantes de procédés décrits ci-dessus pour l'obtention de produits divers, le film thermoplasti-ue mis en oeuvre pourra être selon des cahiers des charges spécifiques - Un film thermoplastique amorphe produit à partir de polysulfone (PSU). - Un film thermoplastique amorphe produit à partir de polyetherimide (PEI). - Un film thermoplastique amorphe produit à partir de polyethersulfone (PES). - Un film thermoplastique partielLement cristallin produit à partir du polyetherethercetone (PEEK). A noter que selon le type de film thermoplastique celui-ci offre d'une part une résistance à la température située dans une fourchette allant de 160 c à 225 C, et d'autre part une permittivité diélectrique à I KHZ situé entre 3,3 et 3,8 à 23 C, et un facteur de dissipation de 1,5.10-3 à 3,8.103à 1kHz à 23 C. REVENDICATIONS I) Procédé d'isolation d'au moins une face d'un élément électriquement conducteur pour l'obtention d'un circuit flexible, caractérisé en ce que l'on dispose sur au moins une première face (2 a) de l'élément électriquement conducteur (2) un film thermoplastique (1) en bande, de composition telle que son adhérence sur ledit élément (2) soit obtenue par laminage direct entre deux rouleaux (5,6) coopérant avec une source de chaleur, sans adhésif intermédiaire, pour une fabrication en continu. 2) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit flexible est un circuit imprimé obtenu par les étapes suivantes - On dispose un premier film thermoplastique (1) sur une première face (2 a) d'un élément conducteur, formé par un feuillard métallique (2) - On lamine directement cet ensemble (1,2) entre deux rouleaux chauffants (5,6) selon une température apte à produire une fusion superficielle du film thermoplastique (1) et provoquer son adhérence sur la dite première face (2 a) du feuillard métallique (2), sans adhésif intermédiaire. - On réalise un circuit conducteur flexible (2 c) par photogravure de la seconde face (2 B) du feuillard (2). - On dispose un second film thermoplastique (3) sur la seconde face photogravée (2 b) du feuillard (2). - On lamine à nouveau directement cet ensemble (1,2,3) entre deux rouleaux chauffants (5,6) selon une température apte à produire une fusion partielle du second film (3) de manière à provoquer, sans adhésif intermédiaire, son adhérence à la fois sur la seconde face photogravée (2b) du feuillard et sur le premier film (1), par infiltration entre les conducteurs (2c) du circuit photogravé. 3) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit flexible est constitué par une pluralité de câbles plats (11), et obtenu par les étapes suivantes - On dispose un premier film thermoplastique sur une première face (11 a) des câbles plats (11) disposés parallèlement, selon des espaces intercalaires prédéterminés (13). - On lamine directement cet ensemble (11,12) entre deux rouleaux chauffants (6,7), selon une température apte à produire une fusion superficielle du film thermoplastique (12) et provoquer son adhérence sur ladite première face (11 a) des câbles (11), sans adhésif intermédiaire. - On dispose un second film thermoplastique (14) sur la seconde face (11 b) des câbles (11). - On lamine à nouveau directement cet ensemble (11,12,14 > entre deux rouleaux chauffants (6,7), selon une température apte à produire une fusion partielle du second film (14) de manière à provoquer, sans adhésif intermédiaire, son adhérence à la fois sur la seconde face (11 b) des câbles (11) et sur la première face (12 a) du film (12) par infiltration entre les câbles (11). 4) Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit flexible est constitué par une pluralité de câbles plats (15),pourvu d'un blindage interne (17) et d'un blindage externe (16,16A),et obtenu par les étapes suivantes - On dispose par empilement .un premier blindage externe (16) composé d'un feuillard métallique .un premier film thermoplastique (18) isolant une première série de câbles plats (15) .un second film thermoplastique (19), isolant .un blindage interne (17), composé d'un feuillard métallique .un troisième film thermoplastique (20), isolant .une seconde série de câbles plats (21) .un quatrième film thermoplastique (22), isolant un second blindage externe (16A) composé d'un feuillard métallique - On lamine directement cet ensemble entre deux rouleaux chauffants (5,6), selon une température apte à produire une fusion partielle des couches de films thermoplastiques (18, 19,20,22) de manière à provoquer, sans adhésif intermédiaire, leur adhérence entre les câbles (15,21) et les blindages (16, 16A,17) de manière à les isoler entre eux. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le film mis en oeuvre est un film thermoplastique amorphe produit à partir de polysulfone (PSU). 6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le film mis en oeuvre est un film thermoplastique amorphe produit à partir de polyetherimide (PEI). 7) procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le film mis en oeuvre est un film thermoplastique amorphe produit à partir de polyethersulfone (PES). 8) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le film mis en oeuvre est un film thermoplastique partiellement cristallin produit à partir du polyetherethercetone (PEEK). 9) Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le film thermoplastique (1,3,12,14,18, 19,20,22) est conditionné en rouleaux (7,8). 10) Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le film thermoplastique (1,3,12,14,18, 19,20,22) offre une résistance à la température située dans une fourchette allant de 160 c à 225 c selon le type. 11) Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le film thermoplastique (1,3,12,14,18, 19,20,22) possède un coefficient de perte diélectrique à lIsHZ situé, selon le type de film, entre 1,3 et 3,8 à 23 G et entre 1,9 et 4,7 à 150 'C. 12) Procédé# selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le circuit flexible est disposé sur une semelle dissipatrice de la chaleur constituée par une plaque métallique rigide d'épaisseur prédéterminée, sur laquelle adhère par fusion un film thermoplastique situé entre ledit circuit et ladite semelle dissipatrice. 13) Produit caractérisé en ce que le circuit conducteur est une résistance chauffante isolée selon le procédé de l'une ou de plusieurs des étapes du procédé selon les revendications 1,2 et 5 à 11 14) Produit selon la revendication 13 caractérisé en ce qu il consiste en une semelle chauffante pour fer à repasser. 15) Produit caractérisé en ce que le circuit conducteur est une nappe de câbles plats (11,15,21), isolée selon le procédé de l'une ou de plusieurs des étapes du procédé selon les revendications 1 et 3 à 11. 16) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 à 12 pour l'obtention d'un produit selon les revendications 13 à 15 caractérisé en ce qu'il comprend deux rouleaux chauffants (5,6) entre lesquels sont chauffés et laminés les éléments au cours des phases dudit procédé pour la réalisation d'un produit stratifié en continu, sans apport d'adhésif intermédiaire.