Brevet FR2882490A1 — publié le 20060825

La présente invention concerne un procédé pour la réalisation de motifs électriquement conducteurs sur une surface non développable à trois dimensions d'un substrat isolant. Quoique non exclusivement, elle est particulièrement appropriée à la réalisation, sur une surface au moins approximativement en forme de paraboloïde, d'hyperboloïde, etc... d'une grille de polarisation (antenne à réutilisation de fréquence) ou d'une série de motifs résonnants (antennes dichroïques). L'invention concerne aussi les dispositifs comportant un tel substrat dont ladite surface non développable porte lesdits motifs électriquement conducteurs, réalisés conformé- ment au procédé. On sait que, pour réaliser un circuit imprimé sur une face plane d'un substrat électriquement isolant, on commence par recouvrir uniformément ladite surface d'une couche d'un métal, tel que le cuivre ou l'aluminium, après quoi cette couche métallique est elle-même uniformé-ment recouverte d'un produit photosensible. Ensuite, le produit photosensible est exposé à un faisceau lumineux, à travers un masque correspondant au circuit imprimé à obtenir. Une telle exposition rend chimique-ment résistantes les parties du produit photosensible se trouvant à l'aplomb des parties de la couche métallique devant former le circuit im- primé, de sorte qu'une attaque chimique appropriée permet ensuite d'éliminer sélectivement les portions du produit photosensible qui n'ont pas été rendues chimiquement résistantes par l'exposition, ainsi que les portions de couche métallique se trouvant sous celles-ci. A la suite de ladite attaque chimique, on obtient donc le circuit imprimé désiré. Dans le cas où l'on désirerait appliquer cette méthode à la réalisation de circuits imprimés sur une surface non plus plane, mais non développable à trois dimensions, on se heurterait à des difficultés au moment de l'application du masque sur ladite surface. En effet, pour des raisons évidentes de commodité de réalisation et de précision, un tel masque est plan. Aussi, il faudrait soit découper ledit masque en pièces d'aires réduites et appliquer en les juxtaposant lesdites pièces sur ladite surface non développable, soit réaliser ledit masque en un matériau souple pouvant être appliqué par déformation sur celle-ci. Dans les deux cas, le circuit im- primé obtenu serait peu précis, aussi bien en ce qui concerne la forme que la position des motifs qui le composent. On remarquera de plus que si, en variante, on réalise ledit circuit imprimé sur un substrat auxiliaire plan destiné à être appliqué ultérieure-ment sur la surface non développable, on se heurte aux mêmes difficultés que celles mentionnées ci-dessus à propos des masques. Pour remédier à ces inconvénients et permettre de réaliser des circuits imprimés précis, directement sur des surfaces à trois dimensions non développables, on peut mettre en oeuvre le procédé décrit dans les documents US-4 738 746; EP-0 241 331 et FR-2 596 230. Dans ce pro- cédé, tout comme dans celui rappelé ci-dessus, on commence par recou- vrir uniformément ladite surface, alors non développable à trois dimen- sions, d'une couche d'une matière électriquement conductrice, que l'on recouvre à son tour d'une couche d'une matière de protection. Après formation desdites couches de matière conductrice et de matière de protec- tion, on trace mécaniquement sur celles-ci le contour desdits motifs au moyen d'un outil creusant des sillons dont la profondeur est au moins égale à l'épaisseur de ladite couche de protection, puis on soumet lesdites couches à l'action d'un agent chimique susceptible d'attaquer sélectivement ladite matière électriquement conductrice sans attaquer ladite matière de protection, cette opération d'attaque chimique étant poursuivie pendant un temps suffisant pour que ladite matière électriquement conductrice soit éliminée sur toute son épaisseur à l'aplomb desdits sillons, après quoi on sépare du substrat, par pelage, les parties de ladite couche de matière électriquement conductrice extérieures auxdits motifs. Ainsi, grâce à ce dernier procédé, on peut réaliser directement des motifs électriquement conducteurs sur des surfaces non développables à trois dimensions sans avoir recours à un masque ou un substrat auxiliaire avec lesquels, d'ailleurs, il serait techniquement difficile d'obtenir des motifs aussi précis tant au niveau de leur forme que de leur position sur lesdites surfaces. Dans un tel procédé antérieur, pour le traçage des contours des-dits motifs électriquement conducteurs,, on utilise un outil pourvu d'au moins une pointe de gravure ou d'au moins une lame coupante, ledit outil étant monté dans une machine (par exemple à commande numérique et à cinq axes de rotation) chargée de le déplacer relativement à la surface non développable. On peut ainsi réaliser des dispositifs à surface non développable portant des motifs électriquement conducteurs, de façon aisée et précise. Par exemple, la mise en oeuvre de ce procédé connu permet la réalisation de réflecteurs à grille de grande qualité, .aptes à travailler dans la bande Ku (de 1 1 à 18 GHz) et formés d'au moins un réseau de fils conducteurs parallèles, ces fils conducteurs ayant une largeur de 0,25 mm, une épaisseur de 35 micromètres et étant répartis au pas de 1 mm sur une surface au moins approximativement en forme de paraboloïde, dont le diamètre d'ouverture peut atteindre 2300 mm. Cependant, ce procédé antérieur présente des limites d'ordre technique et économique. Par exemple, si à la place d'un réflecteur à grille destiné à travailler dans la bande Ku, on désire réaliser un tel réflecteur destiné à la bande Ka (de 20 à 30 GHz), la largeur, l'épaisseur et le pas de répartition des fils conducteurs deviennent plus faibles (par exemple respectivement 0,125 mm, 18 micromètres et 0,5 mm) et il en résulte des difficultés dues à la plus faible largeur et à la plus faible épaisseur des fils conducteurs et des zones entre fils: les paramètres de traçage des motifs conducteurs (pression et disposition des pointes ou des lames de gravure) et les paramètres d'attaque chimique (durée) deviennent plus sensibles, de sorte qu'il en résulte des défauts géométriques et une fragilisation des fils conducteurs lors du pelage; lors du traçage des fils conducteurs, les effets de bords deviennent significatifs, les pointes ou les lames repoussant, à la manière d'un soc, la matière conductrice d'épaisseur réduite et diminuant l'adhérence des fils conducteurs sur le substrat; et les zones entre fils sont fragiles et sont donc susceptibles de se rompre lors du pelage. II en résulte que l'on doit veiller à ce que l'outil exerce un traçage toujours parfait et que le déroulement du procédé doit être ralenti, ce qui accroît les coûts de fabrication d'un tel réflecteur. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvé-nients. A cette fin, selon l'invention, le procédé permettant de réaliser des motifs électriquement conducteurs sur une surface non développable à trois dimensions d'un substrat électriquement isolant, procédé selon lequel on commence par recouvrir uniformément ladite surface non développable d'une couche d'une matière électriquement conductrice, que l'on recouvre à son tour d'une couche d'une matière de protection, après quoi on élimine les portions de ladite couche de matière de protection qui ne recouvrent pas des zones de ladite couche de matière électriquement conduc- trice devant former lesdits motifs, puis on élimine les portions de ladite couche de matière électriquement conductrice découvertes par l'élimination desdites portions de ladite couche de matière de protection, est remarquable en ce que l'élimination des portions de la couche de matière de protection, qui ne recouvrent pas lesdites zones de ladite couche de matière électriquement conductrice devant former lesdits motifs, est réalisée par ablation laser. Ainsi, grâce à la présente invention, on s'affranchit de tout contact mécanique avec la couche de matière de protection et avec la 1 o couche de matière électriquement conductrice lors de la réalisation desdits motifs électriquement conducteurs, ce qui permet d'éviter les inconvénients mentionnés ci-dessus concernant le procédé conforme au document US-4 738 746. De préférence, pour l'ablation laser desdites portions de la couche de matière de protection, on utilise une tête laser que l'on déplace, par rapport à ladite surface non développable recouverte de ladite couche de matière électriquement conductrice et de ladite couche de matière de protection, pour couvrir toutes les portions de ladite couche de matière de protection qui ne recouvrent pas lesdites zones de ladite couche de matière électriquement conductrice devant former lesdits motifs électriquement conducteurs. Pour ce faire, on peut avantageusement utiliser une machine semblable à celle mentionnée ci-dessus, prévue pour la mise en oeuvre du procédé antérieur du document US-4 738 746. Dans un mode de réalisation avantageux, les portions de la couche de matière électriquement conductrice, découvertes par l'ablation laser desdites portions de la couche de matière de protection, sont éliminées par l'action d'un agent chimique susceptible d'attaquer la matière électriquement conductrice sans attaquer ladite matière de protection. De préférence, ledit agent chimique peut être du perchlorure de fer, lorsque ladite couche est en cuivre. Par ailleurs, ladite matière de protection, insensible à l'action dudit agent chimique, peut être un vernis organique. Après élimination des portions de ladite couche de matière électriquement conductrice découvertes par l'ablation laser desdites portions de ladite couche de matière de protection, on peut soit éliminer, soit laisser subsister les restes de ladite couche de matière de protection recouvrant lesdits motifs électriquement conducteurs. L'invention concerne, de plus, un dispositif, tel qu'un réflecteur par exemple, comportant un substrat électriquement isolant portant des motifs électriquement conducteurs sur une de ses surfaces non développable à trois dimensions et remarquable en ce que lesdits motifs électriquement conducteurs sont réalisés par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention spécifié ci-dessus. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 représente schématiquement un dispositif d'antenne, dont le réflecteur est pourvu de motifs électriquement conducteurs réali-sés par la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention. La figure 2 est une vue de face schématique agrandie d'une partie du réflecteur de la figure 1, illustrant la forme et la disposition desdits motifs électriquement conducteurs. Les figures 3A à 3D illustrent schématiquement, en coupe, des étapes du procédé conforme à la présente invention, appliqué à la réalisation des motifs électriquement conducteurs des figures 1 et 2. Sur les figures 2 et 3A à 3D, la surface du réflecteur portant les-dits motifs électriquement conducteurs, bien que concave et non développable, est représentée plane pour des facilités de dessin. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un dispositif d'antenne 1 pourvu d'un réflecteur d'antenne 2 (représenté en coupe diamétrale), supporté par une surface d'appui 3, par l'intermédiaire d'un support 4. Le réflecteur 2 comporte un substrat électriquement isolant 5 (par exemple réalisé en matériau composite), dont la surface 6 opposée au 1 o support 4 est concave et présente une forme non développable, par exemple la forme au moins approximative d'un paraboloïde, d'un hyperboloïde, etc.. . Sur cette surface 6 non développable à trois dimensions, le réflecteur 2 porte des motifs électriquement conducteurs, formés, dans l'exemple représenté, par des conducteurs 7 parallèles les uns aux autres et équidistants. Chaque conducteur 7 présente une section rectangulaire de largeur.e et d'épaisseur e et le pas de répartition des conducteurs parallèles 7 est désigné par p. Ainsi, entre deux conducteurs 7 adjacents est ménagée une zone de séparation 8, en forme de bande ayant une largeur égale à p (voir également la figure 2). Pour la réalisation du réflecteur 2 illustré schématiquement par les figures 1 et 2, on commence par recouvrir uniformément la surface non développable 6 du substrat 5 par une couche 9 d'une matière électriquement conductrice (voir la figure 3A) d'épaisseur égale à e. Une telle couche 9 peut, par exemple, être déposée sous vide sur la surface 6 ou être rapportée sur cette dernière par collage. Elle peut être métallique et par exemple constituée par du cuivre ou de l'aluminium. Ensuite, par tout moyen connu, on recouvre ladite couche de matière électriquement conductrice 9 par une couche 10 d'une matière de protection, par exemple un vernis organique. Conformément à la présente invention et comme illustré par la figure 3B, on procède ensuite à l'ablation Ilaser des portions de la couche de matière de protection 10 qui se trouvent à l'aplomb des zones de séparation 8, c'est-à-dire qui ne recouvrent pas les zones de la couche 9 devant former les conducteurs 7. Après cette ablation laser, il ne reste donc plus sur la couche de matière électriquement conductrice 9 que des lignes 10.7 de matière de protection, à l'aplomb des futurs conducteurs 7 et présentant la largeur L. Après l'opération illustrée par la figure 3B, on soumet les lignes de protection 10.7 et la couche conductrice 9 à l'action d'un agent chimique, par exemple appliqué par projection ou par trempage. Cet agent chimique attaque, entre les lignes 10.7, la couche de matière électriquement conductrice 9, sans attaquer lesdites lignes 10.7 de matière de protection. L'agent chimique, éliminant alors sélectivement la couche conductrice 9, est par exemple du perchlorure de fer, lorsque la couche 9 est en cuivre. L'action de l'agent chimique sur la couche conductrice 9 est pour-suivie jusqu'à ce que celle-ci soit éliminée sur toute son épaisseur à l'aplomb des zones de séparation 8 (figure 3C). Il en résulte la formation des conducteurs 7. Ensuite, un rinçage est effectué sur l'ensemble du substrat 5 et desdites couches 9 et 10 partiellement découpées. Eventuellement, on procède de plus à l'élimination des lignes 10.7 recouvrant les conducteurs 7 (figure 3D). Cependant, la matière de protection de la couche 10 (par exemple un vernis organique) est choisie pour posséder des caractéristiques qui la rende compatible de l'environnement (par exemple spatial) dans lequel le réflecteur sera appelé à travailler. Aussi, les lignes 10.7 peuvent alors subsister sur les conducteurs 7 et servir de protection à ceux-ci, par exemple contre la corrosion. De ce qui précède, on remarquera que le procédé conforme à la présente invention est: économique et rapide, notamment du fait que la vitesse d'ablation laser peut être très rapide (par exemple 0,3 m/s) et que l'on peut utiliser plu- sieurs sources laser d'ablation simultanément; réversible, puisqu'une erreur de programmation de la machine ou une anomalie d'ablation peut être corrigée, l'ablation pouvant reprendre après reconstitution partielle de la couche 10 de matière de protection, sans altération du substrat 5 et de la couche conductrice 9; robuste, puisqu'il s'affranchit de la découpe mécanique de motifs très fins; et versatile, puisqu'il permet la réalisation de motifs conducteurs de for- mes variées. A titre d'exemple, on mentionne ci-après que la mise en oeuvre du procédé selon l'invention a permis de fabriquer un réflecteur tel que celui représenté sur les figures 1 et 2 avec =0,125 mm, p = 0,5 mm et e= 18 micromètres, le diamètre D de l'ouverture dudit réflecteur étant égal à 2300 mm. REVENDICATIONS 1. Procédé permettant de réaliser des motifs électriquement conducteurs (7) sur une surface non développable à trois dimensions (6) d'un substrat électriquement isolant (5), procédé selon lequel on commence par recouvrir uniformément ladite surface non développable (6) d'une couche d'une matière électriquement conductrice (9), que l'on recouvre à son tour d'une couche d'une 'matière de protection (10), après quoi on élimine les portions de ladite couche de matière de protection (10) qui ne recouvrent pas des zones de ladite couche de matière électrique- ment conductrice (9) devant former lesdits motifs (7), puis on élimine les portions de ladite couche de matière électriquement conductrice (9) dé- couvertes par l'élimination desdites portions de ladite couche de matière de protection (10), caractérisé en ce que l'élimination des portions de la couche de matière de protection (10), qui ne recouvrent pas lesdites zones de ladite couche de matière électriquement conductrice (9) devant former lesdits motifs (7), est réalisée par ablation laser. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour ladite ablation laser, on utilise une tête laser que l'on déplace, par rapport à ladite surface non développable (6) recouverte de ladite couche de matière électriquement conductrice (9) et de ladite couche de matière de protection (10), pour couvrir toutes les portions de ladite couche de matière de protection qui ne recouvrent pas les-dites zones de ladite couche de matière électriquement conductrice devant former lesdits motifs électriquement conducteurs (7). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les portions de la couche de matière électriquement conductrice (9), découvertes par l'ablation laser desdites portions de la couche de matière de protection (10), sont éliminées par l'action d'un agent chimique susceptible d'attaquer la matière électriquement conductrice sans attaquer ladite matière de protection. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'agent chimique éliminant ladite couche de matière conductrice (9) est du perchlorure de fer, lorsque ladite couche (9) est en cuivre. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que ladite matière de protection (10), insensible à l'action dudit agent chimique, est un vernis organique. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, après élimination des portions de ladite couche de matière électriquement conductrice (9) découvertes par l'ablation laser desdites portions de ladite couche de matière de protection (10), on élimine les restes (10.7) de ladite couche de matière de protection (10) re- couvrant lesdits motifs électriquement conducteurs (7). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, après élimination des portions de ladite couche de matière électriquement conductrice (9) découvertes par l'ablation laser desdites portions de ladite couche de matière de protection (10), on laisse subsister les restes (10.7) de ladite couche de matière de protection (10) recouvrant lesdits motifs électriquement conducteurs (7). 8. Dispositif comportant un substrat électriquement isolant (5) portant des motifs électriquement conducteurs (7) sur une de ses surfaces non développable à trois dimensions (6), caractérisé en ce que lesdits motifs électriquement conducteurs (7) sont réalisés par la mise en oeuvre du procédé spécifié sous l'une des revendications 1 à 7.