Brevet FR3153491A1 — publié le 20250328

Procédé de fabrication d’un circuit imprimé, comprenant les opérations consistant à : - fournir en continu d’une feuille de matériau électriquement conducteur (1), à - enduire en continu au moins une couche de matériau électriquement isolant (2) sur au moins une zone de la surface de l’une des faces de la feuille de matériau électriquement conducteur (1), ce matériau électriquement isolant (2) comprenant au moins une résine époxy, à - photopolymériser en continu au moins certaines régions de la résine époxy sous rayonnement UV, et à - réaliser au moins un motif par photolithogravure dans la feuille de matériau électriquement conducteur (1), ce motif étant supporté par de la résine époxy photopolymérisée. Fig. 4 Procédé de fabrication de circuits imprimés L’invention concerne le domaine des circuits imprimés et des procédés de fabrication des circuits imprimés. Par exemple, elle concerne le domaine des circuits imprimés flexibles pour dispositif d’examen de biologie médicale. Etat de la technique Certains circuits imprimés sont réalisés à partir de structures multicouches comprenant au moins une feuille de matériau électriquement conducteur laminée sur une couche de matériau électriquement isolant. La feuille de matériau électriquement conducteur sert à réaliser des motifs conducteurs (pistes conductrices, contacts, antenne, électrodes, etc.). La couche de matériau électriquement isolant est utilisée comme support et substrat diélectrique. Par exemple, la feuille de matériau électriquement conducteur est constituée d’un métal ou d’un alliage métallique d’un ou de plusieurs des métaux compris dans la liste suivante : cuivre, aluminium, alliage de cuivre, alliage d’aluminium, acier, etc. Par exemple, la couche de matériau électriquement isolant forme un substrat diélectrique de verre-epoxy, ou de polyimide, ou de polyéthylène téréphtalate etc. Une couche de matériau adhésif peut éventuellement être utilisée pour que la feuille de matériau électriquement conducteur adhère sur la couche de matériau électriquement isolant. Par exemple, la couche de matériau adhésif est constituée d’une résine époxy. Les structures multicouches ainsi réalisées en laminant ensemble une feuille de matériau électriquement conducteur et une couche de matériau électriquement isolant (avec éventuellement une couche de matériau adhésif entre les deux) présentent des défauts à l'interface entre les couches. Une illustration de ce type de défauts est donnée sur la FIG. 1 . Sur la FIG. 1 , on peut voir un motif 1, gravé dans une feuille d’alliage de cuivre laminée sur un substrat diélectrique 2 (dans cet exemple le substrat diélectrique 2 est formé d’une couche de polyéthylène téréphtalate). Des trous et/ou des canaux 3, sont présents en surface du substrat diélectrique 2. Après lamination de la feuille de matériau électriquement conducteur et de la couche de matériau électriquement isolant et gravure de motifs 1 dans la feuille de matériau électriquement conducteur, les trous et/ou les canaux 3 forment des ouvertures 4 en bordure des motifs 1. Plus particulièrement, ces ouvertures 4 peuvent former des points d’entrée pour les solutions de gravure utilisées pour réaliser des motifs 1 dans la feuille de matériau électriquement conducteur, par gravure chimique ou électrochimique. Ceci peut alors mener à une gravure incontrôlée de la feuille de matériau électriquement conducteur, en périphérie des motifs 1 gravés dans la feuille de matériau électriquement conducteur. Ceci est illustré par la FIG. 2 sur laquelle on peut voir qu’une ouverture 4, en bordure du motif 1, à l’interface entre la feuille de matériau électriquement conducteur et la couche de matériau diélectrique 2, est à l’origine de la gravure d’une cavité 5 dans la feuille de matériau électriquement conducteur, et ceci même si une couche d’adhésif 6 est présente, entre la feuille de matériau électriquement conducteur et la couche de matériau diélectrique. Cette gravure incontrôlée peut engendrer de nombreux inconvénients. C’est le cas notamment lorsque ces structures multicouches sont utilisées pour réaliser des électrodes pour dispositif d’examen de biologie médicale, et notamment des électrodes pour dispositif d’examen de biologie médicale délocalisé (POC device ou « Point of Care Device » en anglais). En effet, ces électrodes sont utilisées pour détecter une ou des molécules dans des fluides d’origine humaine, et éventuellement pour mesurer la ou les concentrations respectives de ces molécules. La détection, et l’éventuelle mesure de concentration, sont alors réalisées par voie électrochimique en immergeant, dans les fluides en question, une ou des électrodes réalisées à partir de ces structures multicouches. Ces fluides peuvent comprendre un ou plusieurs réactifs destinés à réagir avec ces électrodes afin de fournir une mesure électrique représentant une information sur la nature et/ou la composition de ceux-ci. Or, il a été constaté que les mesures effectuées au niveau des électrodes mentionnées ci-dessus ne sont pas toujours stables et/ou reproductibles. Le demandeur en a cherché la cause et a déterminé que la présence d’ouvertures 4 aux interfaces entre les couches, telles que celles mentionnées plus haut et mises en évidence sur les figures 1 et 2, peuvent modifier la réponse de ces électrodes. L’invention vise à pallier au moins partiellement cet inconvénient. A cette fin, il est proposé un procédé de fabrication d’un circuit imprimé. Ce circuit imprimé est avantageusement suffisamment flexible pour permettre une mise en œuvre en continu (« Reel-to-reel » ou « Roll-to-roll » en anglais) du procédé selon l’invention. Le procédé selon l’invention comprend les opérations consistant : - à fournir en continu une feuille de matériau électriquement conducteur, cette feuille comprenant deux faces principales, - à enduire en continu au moins une couche de matériau électriquement isolant sur au moins une zone de la surface de l’une des faces principales de la feuille de matériau électriquement conducteur, ce matériau électriquement isolant comprenant au moins une résine époxy, - à photopolymériser en continu au moins certaines régions (c’est-à-dire au moins celle(s) au niveau de la, ou desquelles, sera ou seront réalisés des motifs) de la résine époxy ; et - à réaliser au moins un motif par photolithogravure dans la feuille de matériau électriquement conducteur, ce motif étant supporté uniquement par ladite résine époxy photopolymérisée. Ainsi, grâce au procédé selon l’invention, une couche de matériau électriquement isolant est directement appliquée par enduction sur l’une des faces de la feuille de matériau électriquement conducteur. La couche de matériau électriquement isolant est donc appliquée sous forme liquide ou pâteuse de manière à former une interface continue entre cette couche et la face de la feuille de matériau électriquement conducteur sur laquelle la couche de matériau électriquement isolant est appliquée. En d’autres termes, la couche de matériau électriquement isolant épouse et bouche les éventuelles aspérités de surface de la feuille de matériau électriquement conducteur. Ainsi, lors de la gravure de motifs dans la feuille de matériau électriquement conducteur, le ou les liquides de gravure ne pénètrent pas entre la feuille de matériau électriquement conducteur et la couche de matériau électriquement isolant. De même, lors d’une utilisation dans un dispositif d’examen de biologie médicale, les fluides à analyser ne pénètrent pas non plus entre la feuille de matériau électriquement conducteur et la couche de matériau électriquement isolant. La mesure réalisée à partir de la ou des électrodes gravées dans la feuille de matériau électriquement conducteur est donc plus fiable et plus précise. Dans ce document, l’expression « interface continue » signifie que la couche de matériau électriquement isolant mouille complètement la surface de la feuille de matériau électriquement conducteur sur laquelle elle est appliquée. Autrement, dit à l’échelle du micromètre ou de quelques micromètres, voire à une échelle inférieure (nanométrique), l’interface est homogène et continue, entre la couche de matériau isolant et la feuille de matériau électriquement électrique. Autrement dit encore, à ces échelles, il n’y a pas de trou, de canal, d’ouverture, de cavité, ou d’autres défauts de ce type, entre la couche de matériau isolant et la feuille de matériau électriquement électrique. Sans défaut de ce type, les substances (réactifs et autres liquides) dans lesquels est plongée l’électrode, ne s’infiltrent pas entre la couche de matériau isolant et la feuille de matériau électriquement électrique. Seules sont prises en compte les interactions entre ces substances et l’électrode sur une ou des surfaces bien définies de celle-ci. Il en résulte des mesures plus stables, plus fiables et plus reproductibles. En outre, la mise en œuvre d’opérations d’enduction et de photopolymérisation, de la résine permet au procédé selon l’invention d’être réalisé en continu, et de manière rapide. Le procédé permet donc d’obtenir des vitesses de fabrication relativement rapides et intéressantes. Le procédé selon l’invention comporte en outre l’une des caractéristiques suivantes, considérées isolément et indépendamment les unes des autres, ou en combinaison d’une ou plusieurs autres : – le motif est une électrode configurée pour être utilisée dans un dispositif d’examen de biologie médicale ; - la ou les résines époxy représentent au minimum 30 % en poids à sec de la couche de matériau isolant enduite sur l’une des faces de la feuille de matériau électriquement conducteur ; - la couche de matériau isolant enduite sur l’une des faces de la feuille de matériau électriquement conducteur comprend une charge minérale représentant entre 10 % et 70% de son poids à sec ; par exemple, la charge minérale est essentiellement constituée de microsphères de verre ; - la ou les résines époxy sont choisie parmi les monomères suivants : 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4 epoxycyclohexanecarboxylate, bis(3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, et autres résines époxy cyclo-aliphatiques ; - la couche de matériau électriquement isolant comprend au moins un photo-initiateur (autrement dit, un élément, une molécule ou un composé qui favorise la polymérisation sous rayonnement UV), par exemple, le ou les photo-initiateurs sont choisis parmi les molécules suivantes : bis(4,4'-(C10-C13)-alkylphenyl)-iodonium hexafluoroantimonat, propylene carbonate, et autre photo initiateur cationique ; - la couche de matériau électriquement isolant comprend un régulateur de la cinétique de la photopolymérisation ou photosensibilisateur ; par exemple, le régulateur de la cinétique de la photopolymérisation est la phenothiazine ; - la couche de matériau électriquement isolant comprend au moins un agent rhéologique ; par exemple, le ou les agents rhéologiques sont des silices pyrogénées (ou leurs dérivés) ; - la couche de matériau électriquement isolant a une épaisseur comprise entre 50 et 350 micromètres. Brève description des figures D’autres aspects, buts et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, ainsi qu’à l’aide des figures annexées, données à titre d’exemples non-limitatifs : – FIG. 1 est une image réalisée au microscope électronique à balayage de l'interface entre la couche de matériau isolant et la feuille de matériau électriquement électrique, dans une structure multicouche de l’art antérieur, – FIG. 2 est également une image réalisée au microscope électronique à balayage d’une coupe à l'interface entre la couche de matériau isolant et la feuille de matériau électriquement conducteur, dans une structure multicouche de l’art antérieur ; – FIG. 3 est une image réalisée au microscope électronique à balayage de l'interface entre la couche de matériau isolant et la feuille de matériau électriquement électrique, dans une structure multicouche selon l’invention ; et – FIG. 4 est également une image réalisée au microscope électronique à balayage d’une coupe à l'interface entre la couche de matériau isolant et la feuille de matériau électriquement conducteur, dans une structure multicouche selon l’invention. Description détaillée L’invention est exemplifiée ci-dessous dans le cadre d’un procédé de fabrication d’une électrode pour dispositif d’examen de biologie médicale. Mais, le procédé décrit ci-dessous peut être transposé à d’autres applications. Selon ce procédé, il est procédé à la préparation d’un matériau électriquement isolant sous une forme suffisamment liquide pour pouvoir être enduit sur une feuille de matériau conducteur. Avantageusement, le matériau électriquement isolant a une viscosité de l’ordre de 1Pa.s. Selon l’invention, ce matériau électriquement isolant est une résine epoxy photopolymérisable sous rayonnement UV. A cette fin, il est procédé, à l’abri d’un rayonnement UV, à un mélange homogène de monomères et/ou prépolymères liquides. Ces monomères et/ou prépolymères liquides sont des résines époxy. Elles sont choisies parmi les prépolymères ou monomères suivants : 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4 epoxycyclohexanecarboxylate, bis(3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate, ou autres résines epoxy cycloaliphatiques polymérisables aux UV. Par exemple, un mélange de 35% en poids de 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4 epoxycyclohexanecarboxylate et 65% en poids de bis(3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate est réalisé. La concentration en poids des résines est ajustée de manière à être comprise entre 30 et 90% dans le mélange final (comprenant les résines époxy, les charges, et les autres additifs). Lorsqu’un mélange homogène est obtenu à partir des résines époxy, des charges ou additifs de renfort sont ajoutés à ce mélange. Par exemple, ces charges sont ajoutées progressivement au mélange de résines époxy, dans un mélangeur à cisaillement, jusqu’à l’obtention à nouveau d’un mélange homogène. La concentration en poids de la ou des charges est ajustée de manière à être comprise entre 30 et 90% dans le mélange final. Par exemple, ces charges sont des charges minérales. Par exemple, une charge minérale essentiellement constituée de microsphères de verre 7 est utilisée (on peut distinguer des microsphères sur la FIG. 4 ). La concentration en poids de ces microsphères de verre dans le mélange final est alors voisine de 50%. Lorsqu’un mélange homogène est à nouveau obtenu, au moins un régulateur de la cinétique de la photopolymérisation et au moins un agent photo-initiateur sont ajoutés et mélangés aux résines et à la ou aux charges. Par exemple, la concentration en poids du ou des régulateurs de la cinétique de la photopolymérisation est inférieure ou égale à 1% dans le mélange final. Par exemple, le régulateur de la cinétique de la photopolymérisation est de la phenothiazine. Par exemple, la concentration en poids du ou des photo-initiateurs est inférieure ou égale à 5% dans le mélange final. Par exemple, le ou les photo-initiateurs est le bis(4,4'-(C10-C13)-alkylphenyl)-iodonium hexafluoroantimonat, ou un autre photo-initiateur cationique Au moins un agent rhéologique est éventuellement ajouté à hauteur d’environ 1% en poids dans le mélange final. Par exemple, cet agent rhéologique est de la silice pyrogénée. Par ailleurs, une feuille de matériau électriquement conducteur en bobine est déroulée. Par exemple, la feuille de matériau électriquement conducteur est une feuille d’un alliage de cuivre flexible d’une épaisseur de 35 micromètres. La feuille de matériau électriquement conducteur est enduite en continu, sur au moins une portion de la surface de l’une de ses faces principales, avec le mélange précédemment obtenu. La feuille de matériau électriquement conducteur se trouve donc ainsi au moins en partie recouverte d’une couche de matériau électriquement isolant. Par exemple, l’épaisseur de la couche de matériau électriquement isolant est comprise entre 50 et 350 micromètres. Par exemple, cette épaisseur est voisine de 100 micromètres de manière à former un support et un substrat diélectrique adaptés pour supporter des motifs réalisés ultérieurement dans la feuille de matériau électriquement conducteur. Par exemple, l’enduction de la feuille de matériau électriquement conducteur est réalisée à l’aide d’une technologie de type « filière en forme de fente » (« slot die » en anglais). Toujours en continu, la couche de matériau électriquement isolant qui revêt au moins partiellement la feuille de matériau électriquement conducteur est exposée à une lumière ultraviolette. Par exemple, cette lumière ultraviolette est émise par des diodes électroluminescentes ou par une lampe à vapeur de mercure. Par exemple, la couche de matériau électriquement isolant est exposée en continu pendant 10 secondes avec une énergie de 100mW par centimètre carré, à une lumière ayant une longueur d’onde voisine de 385 nm, émise par des diodes électroluminescentes. Selon un autre exemple, la couche de matériau électriquement isolant est exposée en continu pendant 60 secondes à une lumière émise par une lampe à vapeur de mercure, avec une puissance de 100 milliwatts par centimètre carré. La couche de matériau électriquement isolant, après cette étape de photopolymérisation est maintenue à température ambiante pendant une durée minimale comprise entre 1 heure et 12 heures (Le temps d’attente permet de finaliser la polymérisation - Ce temps peut être plus ou moins raccourci par exemple en utilisant une température plus élevée pendant cette phase de repos, ou en apportant de la température lors de l’insolation au rayonnement UV) avant d’être utilisée pour les étapes suivantes du procédé. Il est important que la couche de matériau électriquement isolant obtenue à l’issue des étapes précédemment décrites ait des propriétés adaptées à sa mise en œuvre comme substrat diélectrique dans un procédé de fabrication en continu de circuits imprimés. Par exemple, cette couche de matériau électriquement isolant doit avoir les propriétés suivantes : - élongation : 1,9 %, - force de traction : 55 MPa, - une bonne flexibilité et ne pas être friable, - une bonne résistance aux bains chimiques quantifiée par un différentiel massique du matériau inférieur à 1% à l’issue d’une immersion de 5 minute dans le bain puis un séchage de 4 heures, - une bonne qualité de poinçonnage (limitant la quantité de poussière générée lors de la découpe et laissant apparaitre des trous parfaitement définis). Les valeurs mentionnées ci-dessus sont celles correspondant à celles mesurées dan l’exemple décrit ici. Elles donnent un ordre de grandeur à partir desquelles des variations peuvent être observées et tolérées. Selon un exemple de mise en œuvre du procédé selon l’invention, la feuille de matériau électriquement conducteur enduite de la couche électriquement isolante obtenue comme indiqué ci-dessus, peut subir des étapes adaptées pour réaliser, dans la feuille de matériau électriquement conducteur des motifs tels que des pistes conductrices, des contacts électriques, des électrodes, etc. Par exemple, des trous d’entrainement sont perforés sur les bords d’une bande formée à partir de la feuille de matériau électriquement conducteur et des opérations de photolithogravure sont mises en œuvre pour définir les motifs dans la feuille de matériau électriquement conducteur. Des opérations de dépôt d’un ou plusieurs métaux sur au moins certains de ces motifs peuvent éventuellement aussi être mises en œuvre. Des opérations de dépôt d’un ou plusieurs couches protectrices sur au moins certains de ces motifs peuvent éventuellement aussi être mises en œuvre. Procédé de fabrication d’un circuit imprimé, comprenant les opérations consistant à : - fournir en continu d’une feuille de matériau électriquement conducteur (1), à - enduire en continu au moins une couche de matériau électriquement isolant (2) sur au moins une zone de la surface de l’une des faces de la feuille de matériau électriquement conducteur (1), ce matériau électriquement isolant (2) comprenant au moins une résine époxy, à - photopolymériser en continu au moins certaines régions de la résine époxy sous rayonnement UV, et à - réaliser au moins un motif par photolithogravure dans la feuille de matériau électriquement conducteur (1), ce motif étant supporté par ladite résine époxy photopolymérisée. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le motif est une électrode configurée pour être utilisée dans un dispositif d’examen de biologie médicale. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la ou les résines époxy représentent en poids à sec de la couche de matériau isolant entre 30% et 70% enduite sur l’une des faces de la feuille de matériau électriquement conducteur (1). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche de matériau isolant (2) enduite sur l’une des faces de la feuille de matériau électriquement conducteur (1) comprend entre 10% et 70% en poids à sec d’une charge minérale. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la charge minérale est essentiellement constituée de microsphères de verre (7). Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la ou les résines époxy sont choisies parmi les résines epoxy cycloaliphatiques polymérisables aux UV. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel la ou les résines époxy sont choisies parmi les molécules suivantes : 3,4-epoxycyclohexylmethyl 3,4 epoxycyclohexanecarboxylate, bis(3,4-epoxycyclohexylmethyl) adipate. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche de matériau électriquement isolant comprend au moins un photo-initiateur. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le photo-initiateur est un photo-initiateur cationique. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le photo-initiateur est le bis(4,4'-(C10-C13)-alkylphenyl)-iodonium hexafluoroantimonat, ou le propylene carbonate. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche de matériau électriquement isolant (2) comprend un régulateur de la cinétique de la photopolymérisation. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le régulateur de la cinétique de la photopolymérisation est la phenothiazine. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche de matériau électriquement isolant (2) comprend au moins un agent rhéologique. Procédé selon la revendication 13, dans lequel le ou les agents rhéologiques sont choisis parmi les molécules suivantes : silicones, siloxanes, fumée de silice. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la couche de matériau électriquement isolant (2) a une épaisseur comprise entre 50 et 350 micromètres.