Brevet FR3148738A1 — publié le 20241122

Titre : Tête d’impression thermique et procédé de fabrication d’une telle tête L’invention concerne une tête d’impression thermique intégrant un support portant une couche conductrice (240) électriquement définissant une surface d’ablation de la couche conductrice (240) délimitant des électrodes (220) et des pistes électriques (230), caractérisée en ce que la surface d’ablation délimite également, sur la couche conductrice (240), une zone d’identification (290) de la tête d’impression formant un code d’identification. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Tête d’impression thermique et procédé de fabrication d’une telle tête Le domaine de l’invention est celui de la conception et de la fabrication des dispositifs d’impression thermique. Plus précisément, l’invention concerne en particulier une tête d’impression thermique et le procédé de fabrication d’une telle tête. L’impression thermique consiste à chauffer des points sur un média sensible à la chaleur. Pour obtenir une finesse d’impression des caractères sur le média, la dimension des points est de l’ordre de 1/10mm de côté. Les points sont alignés sur une tête d’impression puis les têtes d’impression sont intégrées dans un dispositif d’impression. D’une manière générale, plusieurs têtes d’impression sont fabriquées sur un même substrat, ce substrat étant alors pourvu de lignes de prédécoupes afin de séparer les têtes une fois fabriquées. Aussi, une tête d’impression comprend un support, qui est alors un morceau du substrat, sur lequel est déposée une couche conductrice électriquement sur laquelle sont disposés les points chauffants. Plus spécifiquement, une tête d’impression comprend au moins un support en céramique sur lequel on dépose, par sérigraphie et cuisson haute température (ou aussi dépôt sous vide) une couche conductrice, par exemple de l’or. Une fois la cuisson terminée lorsque la fabrication n’est pas réalisée sous vide, la couche conductrice est alors protégée par une couche de résine. La couche conductrice est ensuite photolithographiée afin d’obtenir un dessin des pistes électriques permettant l’alimentation électrique d’une ligne de points chauffants d’une part, et de connecter l’extrémité des pistes à des circuits intégrés commandant unitairement chacun de ces points chauffants, d’autre part. Les points chauffants sont ainsi électriquement alimentés indépendamment les uns des autres par l’intermédiaire des pistes électriques. Plus précisément, chaque piste électrique se termine, sous la ligne de points chauffants par une électrode destinée à être couplée à un point chauffant. Le processus de photolithographie, est un processus devant être réalisé en salle blanche de grande propreté (par exemple de classe ISO 5). Durant le procédé de photolithographie, une couche photosensible est déposée sur le substrat, par exemple par vaporisation ultrasons, cette couche photosensible étant ensuite exposée à un rayonnement ultraviolet avec un masque occultant les zones conductrices à conserver. L’ensemble est ensuite développé pour enlever la résine exposée, puis gravé, avant que la résine protégeant les zones conductrices ne soit enlevée. D’autre étapes intermédiaires de cuissons des résines, de lavage et de séchage sont insérées entre les différentes phases de fabrication. L’or étant difficile à oxyder, la gravure de l’or nécessite des acides très agressifs. Toutefois, un tel procédé de fabrication présente certains inconvénients. Tout d’abord, la mise en œuvre d’un tel procédé requiert l’utilisation d’une salle blanche de grande propreté (par exemple au minimum de classe ISO 5), c’est-à-dire d’une salle dépourvue de poussières, dont l’air est filtré de manière fine, et potentiellement mise en surpression de sorte qu’en cas de fuite, l’air de la salle blanche sorte et que l’air extérieur (vicié par rapport à celui de la salle blanche) ne puisse entrer dans la salle blanche. Une telle salle blanche est alors énergivore et coûteuse d'exploitation. Cela s'explique notamment par le fait que le taux de renouvellement de l'air est proportionnel au niveau de propreté recherché, tout en maintenant une hygrométrie et une température constantes, mais aussi par le fait des nombreuses extractions de vapeurs et maintiens en température des bains chimiques ainsi que leur retraitement auquel il faut enfin ajouter la forte consommation d'eau de grande pureté. Ensuite, comme décrit précédemment, plusieurs têtes d’impression sont généralement fabriquées simultanément sur un même substrat. Or cela nuit à la traçabilité des têtes d’impression, une fois celles-ci intégrées à une imprimante. En effet, chaque tête d’impression peut être marquée par exemple par laser. Cependant, le marquage s’effectue sur une portion arrière du support, c’est-à-dire la face opposée à celle portant les pistes électriques et la ligne de points chauffants. Aussi, une fois la tête d’impression assemblée sur son support dans l’imprimante, le marquage de la tête d’impression n’est plus accessible et la traçabilité est perdue. Dès lors, si une tête commercialisée est défaillante, il peut être difficile, voire impossible de connaître sa traçabilité. Par ailleurs, l’utilisation de la chimie (notamment d’acides très agressifs) pour la gravure des têtes nécessite le respect des normes environnementales. Par conséquent, un procédé de recyclage, généralement coûteux, doit être prévu, ce qui augmente encore les coûts de production. L'usure des produits chimiques doit être contrôlée régulièrement et les procédés de fabrications adaptés en conséquence afin de garantir une qualité de gravure constante. De plus, la ligne de fabrication comporte une pluralité de postes manuels et/ou automatisés qui demandent à la fois un espace important et un personnel qualifié. Le personnel étant humain, le processus de fabrication est donc faillible comparativement à l’utilisation de robots, ces derniers étant plus fiables qu’un opérateur humain pour la réalisation de tâches minutieuse. Enfin, le choix des matériaux utilisés pour la réalisation de la couche conductrice électriquement est limité par le procédé utilisé. Dès lors, les matériaux choisis, notamment l’or, augmentent le coût des têtes d’impression. Le changement de matériau demande alors une réadaptation de tout le processus de fabrication ou presque ce qui est coûteux, voire impossible lorsque le changement de matériau est à réaliser pour une petite série de fabrication. L’invention a notamment pour objectif de pallier les inconvénients de l’art antérieur. Plus précisément, l’invention a pour objectif de proposer une tête d’impression qui soit plus fiable et moins coûteuse que l’art antérieur. L’invention a également pour objectif de fournir un procédé de fabrication d’une telle tête d’impression qui soit plus simple de mise en œuvre, moins onéreux et moins polluant que les procédés de l’art antérieur. L’invention a en outre pour objectif de fournir un tel procédé qui permette d’améliorer la traçabilité des têtes d’impression fabriquées. Ces objectifs, ainsi que d’autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l’invention qui a pour objet une tête d’impression thermique intégrant un support en céramique portant au moins une ligne de points chauffants permettant d’imprimer sur une bande de papier des caractères ou des images, chaque point chauffant étant relié à une piste électrique par l’intermédiaire d’électrodes terminant les pistes électriques, le support portant une couche conductrice électriquement, à partir de laquelle sont formées les électrodes et les pistes électriques, la couche conductrice électriquement définissant une surface d’ablation de la couche conductrice délimitant les électrodes et les pistes électriques, caractérisée en ce que la surface d’ablation délimite également, sur la couche conductrice, une zone d’identification de la tête d’impression, formant un code d’identification. La présence de la zone d’identification offre une traçabilité unitaire de la tête d’impression. En effet, dans le cas d’un dispositif comprenant une pluralité de têtes, il est possible d’identifier une tête défaillante et d’en connaître sa provenance. Cela permet alors de remonter jusqu’à son lieu de production, voire sa machine de production pour corriger un éventuel défaut de fabrication ou une éventuelle défaillance de la machine de fabrication. Le marquage des têtes n’est alors plus uniquement une corrélation par lot, mais un marquage individuel de chaque tête pouvant intégrer une information de regroupement en lot de fabrication. Par ailleurs, en étant réalisée directement sur la surface d’ablation, la zone d’identification peut être réalisée simultanément à la création des électrodes et des pistes électriques. Autrement dit, il n’est plus nécessaire de retourner chaque tête pour en réaliser son marquage d’identification, ce qui réduit le temps de fabrication et, par voie de conséquence, permet de réduire le coût de production. En outre, la position de la zone d’identification sur la couche conductrice assure une visibilité continue de la zone d’identification de la tête d’impression. Ainsi, lors de la production, pour détecter et identifier une tête défaillante, il n’est plus nécessaire de marquer la ou les têtes défaillantes par un dispositif additionnel ad hoc qui représente un coût supplémentaire et demande une maintenance pour assurer son fonctionnement. Selon un aspect avantageux, la zone d’identification est située dans une portion centrale de la couche conductrice. Le positionnement de la zone d’identification dans une portion centrale de la tête, et donc de la couche conductrice, permet d’en conserver sa visibilité continue afin d’en faciliter sa lecture par un outil ad hoc. Dès lors, des faces latérales du dispositif d'impression ne risquent pas de masquer la zone d’identification pour un capteur de lecture. Selon un autre aspect avantageux, la zone d’identification définit un code à barres à deux dimensions. Ce type de code à barres à deux dimensions peut être un code à réponse rapide, plus connu sous sa dénomination anglosaxonne « QR code ou Quick Response code », qui offre l'avantage d’être facilement et rapidement créé et utilisé. En effet, grâce au code à réponse rapide, un opérateur muni d’un dispositif informatique portable intégrant un capteur photo et des moyens de communication peut identifier la tête d’impression et en connaître sa provenance. En variante, ce type de code à barres à deux dimensions peut également être d’un code à barres à raies verticales de largeurs et d’espacements différents. Par ailleurs, en utilisant les codes à barres à deux dimensions, la traçabilité est améliorée et difficilement falsifiable puisque le fabricant peut intégrer sa signature de fabricant. Selon un autre aspect avantageux, le code d’identification est unique pour chaque tête d’impression. Chaque tête d’impression présente donc un code d’identification unique, ce qui améliore encore la traçabilité. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une tête d’impression thermique, comprenant : - le dépôt d’une couche conductrice électriquement ; - une étape d’ablation de la couche conductrice réalisée de façon à former des pistes électriques terminées par des électrodes, - une étape de dépose de points chauffants reliés aux pistes électriques par l’intermédiaire des électrodes, caractérisé en ce que l’étape d’ablation est réalisée par un dispositif laser piloté, le dispositif laser étant paramétré pour exécuter également une zone d’identification définissant un code d’identification de la tête d’impression, le dispositif laser étant en outre paramétré pour modifier le code d’identification à chaque tête d’impression. Un tel procédé offre de nombreux avantages. Tout d’abord, la mise en œuvre d’un tel procédé ne requiert pas l’utilisation d’une salle de grande propreté, c’est-à-dire d’une salle dépourvue de poussières, dont l’air est filtré de manière fine, en légère surpression. En effet, une salle moins contrôlée, par exemple de classe ISO 7, peut être utilisée, limitant la consommation énergétique et le coût d’exploitation. Ensuite, grâce au procédé, il est possible de fabriquer plusieurs têtes d’impression simultanément tout en fournissant à chaque tête d’impression fabriquée, un code d’identification unique. La traçabilité est donc accrue puisque les différentes têtes d’impression sont identifiables indépendamment les unes des autres. Dès lors, l’identification individuelle de chaque tête peut être réalisée sans nécessiter un retournement des têtes pour réaliser leur marquage, ce qui réduit le temps et le coût de fabrication des têtes d’impression. En conséquence, le marquage peut être visible en toutes circonstances, ce qui garantit une traçabilité sur le long terme contrairement à l’art antérieur. Ensuite, l’utilisation de la chimie (acides très agressifs) n’est plus nécessaire pour la gravure des têtes. Les normes environnementales sont alors moins contraignantes pour la fabrication des têtes d’impression. Par conséquent, il n’est pas nécessaire de prévoir un procédé de recyclage particulier, ce qui diminue encore les coûts de production. Par ailleurs, la ligne de fabrication peut être automatisée puisqu’il n’est pas nécessaire d’avoir recours à des opérateurs qualifiés pour limiter les risques de défauts de production. Cela fiabilise davantage le procédé de fabrication. En outre, le choix des matériaux utilisés pour la réalisation de la couche conductrice électriquement est plus large grâce au procédé utilisé. L’or de la couche conductrice peut alors être remplacé par un autre matériau conducteur, tel que l’argent par exemple. Cela réduit le coût de la tête d’impression. En outre, ce procédé permet de limiter les risques pour les opérateurs travaillant aux abords de la ligne de production. En effet, l’utilisation de produits chimiques nocifs et/ou toxiques n’étant plus nécessaire, les opérateurs prennent moins de risques pour leur santé. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention, donné à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés décrits ci-après. La est une représentation schématique de face d’un substrat comportant une pluralité de têtes d’impression selon l’invention. La est une représentation en coupe transversale d’une tête d’impression selon l’invention. La est une représentation schématique de face d’une couche conductrice ablatée d’une tête d’impression selon l’invention. La est une représentation schématique de face d’un détail de la couche conductrice ablatée d’une tête d’impression selon l’invention. La illustre un substrat 100 comportant une pluralité de têtes d’impression 200 thermiques réparties en lignes et colonnes. Chaque tête d’impression 200 est destinée à être intégrée dans un dispositif d’impression thermique pour permettre l’impression thermique de caractères sur un média sensible à la chaleur. Selon le mode de réalisation illustré par la , la matrice 100 présente quatre-vingt-dix têtes d’impression 200 réparties en cinq colonnes de dix-huit lignes. Bien entendu, d’autres tailles de substrats 100 peuvent être prévues en fonction de la taille du média sur lequel l’impression thermique est réalisée. En référence à la , une tête d’impression 200 selon l’invention est à présent décrite. Tel que cela est particulièrement visible sur la , la tête d’impression 200 intègre un support 210 en céramique portant au moins une ligne de points chauffants 215 permettant d’imprimer sur un média, notamment une bande de papier, des caractères ou des images. Les points chauffants 215 prennent par exemple la forme de résistances chauffantes. Chaque point chauffant 215 est relié à une piste électrique 230. Plus spécifiquement, le support 210 porte une couche conductrice 240 électriquement (visible sur les figures 3 et 4), à partir de laquelle sont formés des électrodes 220 qui terminent les pistes électriques 230. Toujours en référence à la vue en coupe de la , ces différents éléments sont disposés comme suit. Le support 210 en céramique, qui forme le substrat précédemment mentionné, est recouvert d’une première couche de vitrification 250. La couche conductrice 240, qui forme les pistes électriques 230, tel que décrit ci-après, est disposée sur la première couche de vitrification 250. La couche conductrice 240 est réalisée en or, ou dans un alliage d’or. Toutefois, pour des raisons de coûts, l’or pourrait être remplacé par de l’argent ou tout autre matériau déjà présent sur le marché, grâce à la mise en œuvre du procédé de fabrication décrit ci-après. Le choix du matériau peut par exemple être guidé par ses qualités de résistance à l’oxydation à l’air et son coût. Une ou plusieurs zones de matériau conducteur 260, par exemple de l’argent, peuvent être disposées pour recouvrir, au moins partiellement, la couche conductrice 240. Ces zones de matériau conducteur forment alors des zones de renfort. Enfin, une deuxième couche de vitrification 270 recouvre au moins les points chauffants 215, cela pour leur protection à l’abrasion due à la circulation du média, c’est-à-dire la bande de papier sur laquelle les motifs sont imprimés, contre la tête d’impression 200. Tel que cela est illustré par la , la couche conductrice 240 délimite les électrodes 220 et les pistes électriques 230. La couche conductrice 240 définit une surface d’ablation qui est destinée à être ablatée pour former les électrodes 220 et les pistes électriques 230. A des fins de clarté, l’ablation consiste à retirer une partie de la couche conductrice 240. Par ailleurs, la surface d’ablation délimite également, sur la couche conductrice, une zone d’identification 290 de la tête d’impression 200. La zone d’identification 290 forme un code d’identification de la tête d’impression 200. Le code d’identification est alors unique à chaque tête. Le code d’identification prend avantageusement la forme d’un code à barres à deux dimensions. A titre d’exemple, un code à barres à deux dimensions peut être un code à réponse rapide ou d’un code à barres à raies verticales de largeurs et d’espacements différents. Tel qu’illustré par les figures 3 et 4, la zone d’identification 290 est située dans une portion centrale 245 de la couche conductrice 240. Le positionnement de la zone d’identification 290 dans la portion centrale 245 de la tête d’impression 200 permet d’en conserver sa visibilité continue. La zone d’identification 290 est d’ailleurs avantageusement située le plus proche possible des électrodes, et donc des points chauffants 215, pour être plus facilement visible. Dès lors, des faces latérales d’un dispositif d'impression dans lequel est logée la tête d’impression 200 ne risquent pas de masquer la zone d’identification pour un capteur de lecture. L’obtention d’une tête d’impression 200 telle qu’elle vient d’être décrite se fait selon un procédé de fabrication comprenant : - le dépôt de la couche conductrice 240 électriquement sur le support 210 en céramique ; - une étape d’ablation de la couche conductrice 240, et - une dépose de la ligne de points chauffants 215 sur la couche conductrice. L’ablation de la couche conductrice 240 est réalisée de façon à former au moins les électrodes 220 et les pistes électriques 230. Comme décrit précédemment, chaque point chauffant 215 est relié à une piste électrique 230 par l’intermédiaire des électrodes 220. L’ablation permet, en outre de réaliser la zone d’identification 290 de la tête d’impression 200. Pour rappel, la zone d’identification 290 permet la création d’un code unique d’identification de chaque tête d’impression 200 fabriquée. Pour permettre cela, l’étape d’ablation est réalisée par un dispositif laser piloté. Le dispositif laser est alors paramétré pour exécuter la zone d’identification 290 de la tête d’impression 200 simultanément ou séquentiellement à la réalisation des électrodes 220 et des pistes électriques 230. Le dispositif laser est en outre paramétré pour modifier le code d’identification à chaque tête d’impression 200. Cela permet de réaliser des têtes d’impression 200 possédant chacune un code d’identification unique et, par conséquent, différent de celui des autres têtes d’impression 200. L’utilisation d’un dispositif laser rend possible cette identification unique de chaque tête d’impression 200 comparativement à la technique généralement utilisée qui consiste à utiliser des solvants chimiques. En effet, par l’ablation au moyen d’un dispositif laser, il est possible de changer le code d’identification pour chaque ablation, cela de manière rapide et simple. La génération du code d’identification peut notamment être réalisée de manière automatique par un générateur de code ou une incrémentation linéaire. Dans le cas de l’utilisation de solvants chimiques, cette identification unitaire n’est pas possible puisque les masques utilisés lors de la photolithographie sont communs à chaque tête d’impression. Autrement dit, avec un processus de photolithographie, il serait nécessaire de disposer d’autant de masques qu’il y a de têtes d’impression à fabriquer. Cela engendrerait alors une augmentation importante du coût de fabrication des têtes d’impression. En outre, cela nuirait à la cadence de production puisqu’il serait nécessaire de changer le masque pour chaque session de photolithographie, et de veiller à le positionner correctement afin d’obtenir une ablation correcte. Le procédé de fabrication qui vient d’être décrit permet donc d’augmenter les cadences de fabrication tout en assurant une identification unitaire de chaque tête d’impression 200 sans recours à des outils de photolithographie tels que les masques. De plus, ce procédé de fabrication permet la fabrication de têtes d’impression 200 moins onéreuses et moins polluantes grâce à la technologie laser. Un autre avantage de l’utilisation du procédé réside dans le fait que la réalisation d’une nouvelle tête d’impression peut être faite simplement et à moindre coût. Pour cela, il suffit de modifier le schéma à reproduire par le dispositif laser piloté afin de créer la nouvelle géométrie de la tête d’impression. Selon l’art antérieur, chaque nouvelle tête entraînait la fabrication d’un masque dédié, demandant alors un temps de réalisation long et engendrant un surcoût de fabrication. Enfin, ce procédé permet de réaliser des études afin de valider de nouvelles conceptions, cela en limitant les coûts. En effet, il suffit de modéliser les différentes conceptions pour les réaliser de manière rapide sans avoir à créer, pour chaque conception, un outillage spécifique qui peut s’avérer à usage unique, donc polluant et coûteux. Tête d’impression (200) thermique intégrant un support (210) en céramique portant au moins une ligne de points chauffants (215) permettant d’imprimer sur une bande de papier des caractères ou des images, chaque point chauffant (215) étant relié à une piste électrique (230) par l’intermédiaire d’électrodes (220) terminant les pistes électriques (230), le support (210) portant une couche conductrice (240) électriquement, à partir de laquelle sont formées les électrodes (220) et les pistes électriques (230), la couche conductrice (240) électriquement définissant une surface d’ablation de la couche conductrice (240) délimitant les électrodes (220) et les pistes électriques (230), caractérisée en ce que la surface d’ablation délimite également, sur la couche conductrice (240), une zone d’identification (290) de la tête d’impression (200), formant un code d’identification. Tête d’impression (200) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone d’identification (290) est située dans une portion centrale de la couche conductrice (240). Tête d’impression (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la zone d’identification (290) définit un code à barres à deux dimensions. Tête d’impression (200) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le code d’identification est unique pour chaque tête d’impression (200). Procédé de fabrication d’une tête d’impression (200) thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - le dépôt d’une couche conductrice (240) électriquement ; - une étape d’ablation de la couche conductrice (240) réalisée de façon à former des pistes électriques (230) terminées par des électrodes (220), - une étape de dépose de points chauffants (215) reliés aux pistes électriques (230) par l’intermédiaire des électrodes (220), caractérisé en ce que l’étape d’ablation est réalisée par un dispositif laser piloté, le dispositif laser étant paramétré pour exécuter également une zone d’identification (290) définissant un code d’identification de la tête d’impression (200), le dispositif laser étant en outre paramétré pour modifier le code d’identification à chaque tête d’impression (200).