FR3131174A1 - Process for manufacturing an electrical circuit with an anti-corrosion layer and electrical circuit obtained by this process - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne un procédé de fabrication d’un circuit électrique comprenant au moins une piste conductrice. Ce procédé comprend une étape de fourniture (100) d’un feuillet flexible de matériau électriquement conducteur. Ce procédé comprend en outre une étape de dépôt (1020) d’une composition sol-gel métallo-organominérale au moins sur une zone de ce feuillet. Cette composition sol-gel comprend des nanofils conducteurs en concentration massique supérieure à 10% sur la matière sèche. Ce procédé comprend également une étape de traitement thermique (1030) postérieure à l’étape de dépôt (1020) de la composition sol-gel métallo-organominérale. L’invention concerne également un circuit électrique obtenu par ce procédé, une carte à puce avec un module comprenant un tel circuit électrique, un module biométrique et un capteur comprenant chacun un tel circuit électrique. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 5The invention relates to a method for manufacturing an electrical circuit comprising at least one conductive track. This method includes a step of providing (100) a flexible sheet of electrically conductive material. This method further comprises a step of depositing (1020) a metallo-organomineral sol-gel composition at least on one zone of this sheet. This sol-gel composition comprises conductive nanowires in mass concentration greater than 10% on the dry matter. This method also comprises a heat treatment step (1030) subsequent to the step of depositing (1020) the metallo-organomineral sol-gel composition. The invention also relates to an electrical circuit obtained by this method, a smart card with a module comprising such an electrical circuit, a biometric module and a sensor each comprising such an electrical circuit. Figure to be published with abstract: Fig. 5
Description
L’invention concerne le domaine des circuits électriques, et notamment des circuits imprimés, comportant des pistes électriquement conductrices susceptibles d’être exposées à certaines agressions chimiques et/ou mécaniques. Il s’agit par exemple de pistes conductrices (par exemple formant des contacts) de connecteurs ou de capteurs.The invention relates to the field of electrical circuits, and in particular printed circuits, comprising electrically conductive tracks liable to be exposed to certain chemical and/or mechanical attacks. These are, for example, conductive tracks (for example forming contacts) of connectors or sensors.
Etat de la techniqueState of the art
L’invention est particulièrement intéressante dans tous les cas où ces pistes électriquement conductrices sont visibles et exposées à un utilisateur sur le produit fini. Il s’agit par exemple, de contacts de connecteurs de carte à puce, de connecteurs de cartes mémoires SD ou de clés USB, de bézels pour modules biométriques pour la capture d’empreintes digitales, d’électrodes de capteurs exposées à des liquides (pour l’analyse de l’eau, pour des bandes d’analyse du diabète, etc.).Parmi les agressions chimiques et/ou mécaniques auxquelles peuvent être soumises ces pistes conductrices au cours de leur utilisation dans de telles applications, on peut trouver par exemples : l’abrasion mécanique (insertion dans un lecteur de carte, friction avec les doigts des utilisateurs, etc.), la sueur, certains gaz, certaines atmosphères salines, le rayonnement ultra-violet et l’humidité.The invention is particularly interesting in all cases where these electrically conductive tracks are visible and exposed to a user on the finished product. These are, for example, smart card connector contacts, SD memory card connectors or USB keys, bezels for biometric modules for capturing fingerprints, sensor electrodes exposed to liquids ( for water analysis, for diabetic analysis strips, etc.). for example: mechanical abrasion (insertion in a card reader, friction with users' fingers, etc.), sweat, certain gases, certain saline atmospheres, ultraviolet radiation and humidity.
Un but de l’invention est de fournir une couche anticorrosion au moins partiellement conductrice (par exemple conductrice selon la direction correspondant à son épaisseur) permettant à une piste conductrice de mieux supporter au moins certaines des agressions précitées (en prenant également en compte éventuellement l’aspect esthétique).An object of the invention is to provide an anti-corrosion layer that is at least partially conductive (for example conductive in the direction corresponding to its thickness) allowing a conductive track to better withstand at least some of the aforementioned aggressions (possibly also taking into account the aesthetic aspect).
A cet effet, il est proposé un procédé de fabrication d’un circuit électrique comprenant au moins une piste conductrice. Ce procédé comprend donc une étape de fourniture d’un feuillet flexible de matériau électriquement conducteur (destiné notamment à la réalisation de la piste conductrice). Ce feuillet de matériau conducteur repose éventuellement sur l’une des faces principales d’un substrat diélectrique flexible. En effet, notamment dans le cadre d’une technologie dite de grilles métalliques (« leadframe » en anglais), le feuillet de matériau électriquement conducteur comprenant ou non déjà des motifs découpés (pistes, contacts, etc.) peut être autosupporté (par exemple sous forme d’une bande pouvant être enroulée et traitée dans un procédé de rouleau à rouleau (« reel-to-reel » ou « roll-to-roll » en anglais). Alternativement, le feuillet de matériau électriquement conducteur comprenant ou non déjà des motifs découpés ou gravés peut reposer sur un substrat diélectrique. Le feuillet de matériau électriquement conducteur comprend une face arrière et une face avant.To this end, a method for manufacturing an electrical circuit comprising at least one conductive track is proposed. This method therefore comprises a step of supplying a flexible sheet of electrically conductive material (intended in particular for the production of the conductive track). This sheet of conductive material optionally rests on one of the main faces of a flexible dielectric substrate. Indeed, in particular in the context of a technology called metal grids ("leadframe" in English), the electrically conductive material sheet comprising or not already cut patterns (tracks, contacts, etc.) can be self-supported (for example in the form of a strip that can be rolled up and treated in a roll-to-roll process ("reel-to-reel" or "roll-to-roll" in English). Alternatively, the sheet of electrically conductive material already comprising or not cut or engraved patterns can rest on a dielectric substrate.The sheet of electrically conductive material comprises a rear face and a front face.
Ce procédé comprend en outre
- une étape de dépôt d’une composition sol-gel métallo-organominérale au moins sur une zone de la face avant, cette composition sol-gel comprenant des nanofils conducteurs, et
- une étape de traitement thermique à une température comprise entre 80 et 150°C, postérieure à l’étape de dépôt de la composition sol-gel métallo-organominérale, la composition sol-gel comprenant alors sur la matière sèche une concentration massique de nanofils conducteurs, supérieure à 10%.This method further includes
- a step of depositing a metallo-organomineral sol-gel composition at least on an area of the front face, this sol-gel composition comprising conductive nanowires, and
- a step of heat treatment at a temperature of between 80 and 150° C., subsequent to the step of depositing the metallo-organomineral sol-gel composition, the sol-gel composition then comprising on the dry matter a mass concentration of nanowires conductors, greater than 10%.
La composition sol-gel métallo-organominérale ainsi déposée fournit une couche anticorrosion et le fait qu’elle soit chargée de nanofils conducteurs lui confère des propriétés de conduction électrique qui permettent d’établir un contact électrique suffisamment conducteur avec la piste de matériau conducteur qui lui est sous-jacente.The metallo-organomineral sol-gel composition thus deposited provides an anti-corrosion layer and the fact that it is charged with conductive nanowires gives it electrical conduction properties which make it possible to establish a sufficiently conductive electrical contact with the track of conductive material which is underlying.
Ce procédé comporte une ou plusieurs autres des caractéristiques optionnelles suivantes considérées indépendamment l’une de l’autre ou en combinaison d’une ou plusieurs autres :
–il comprend une étape d’activation en milieu ionisé d’au moins ladite zone de la face avant et l’étape de dépôt est réalisée par pulvérisation de la composition sol-gel métallo-organominérale, sur ladite zone de la face avant ainsi activée ;
- la composition sol-gel métallo-organominérale est une formule liquide d’organosilane comprenant des nanofils conducteurs, obtenue en mélangeant entre 5 et 10% en poids de précurseur sol-gel organosilane avec 40 à 95% en poids d’une suspension alcoolique de nanofils conducteurs et 0 à 30% en poids d’une solution alcoolique comprenant ou non un colorant ;
– la composition sol-gel comprend un surfactant ;
- il comprend la réalisation d’une solution de précurseur sol-gel organosilane en mélangeant une solution alcoolique d’époxysilane hydrolysé et une solution alcoolique d’aminosilane hydrolysé dans un rapport molaire compris entre 2 et 4, cette solution de précurseur sol-gel organosilane étant mélangée ensuite à une suspension alcoolique de nanofils conducteurs et une solution alcoolique, pour obtenir la composition sol-gel métallo-organominérale ;
- dans la solution de précurseur sol-gel organosilane, la concentration molaire de l’époxysilane hydrolysé est comprise entre 0.01 et 0.15 mol/L et celle de l’aminosilane hydrolysé à environ 0.005 et 0.075 mol/L.This method comprises one or more other of the following optional characteristics considered independently of one another or in combination with one or more others:
–it comprises an activation step in an ionized medium of at least said area of the front face and the deposition step is carried out by spraying the metallo-organomineral sol-gel composition on said area of the front face thus activated ;
- the metallo-organomineral sol-gel composition is a liquid organosilane formula comprising conductive nanowires, obtained by mixing between 5 and 10% by weight of organosilane sol-gel precursor with 40 to 95% by weight of an alcoholic suspension of conductive nanowires and 0 to 30% by weight of an alcoholic solution comprising or not a dye;
– the sol-gel composition comprises a surfactant;
- it comprises the production of a solution of sol-gel organosilane precursor by mixing an alcoholic solution of hydrolyzed epoxysilane and an alcoholic solution of hydrolyzed aminosilane in a molar ratio of between 2 and 4, this solution of sol-gel organosilane precursor then being mixed with an alcoholic suspension of conductive nanowires and an alcoholic solution, to obtain the metallo-organomineral sol-gel composition;
- in the sol-gel organosilane precursor solution, the molar concentration of the hydrolyzed epoxysilane is between 0.01 and 0.15 mol/L and that of the hydrolyzed aminosilane at around 0.005 and 0.075 mol/L.
Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé un circuit électrique flexible comprenant un feuillet de matériau électriquement conducteur, avec une face arrière de ce feuillet de matériau électriquement conducteur reposant sur une face principale d’un substrat diélectrique flexible, et une face avant opposée à la face arrière. Ce circuit électrique comporte au moins une zone avec une couche d’un revêtement métallo-organominéral, cette couche d’un revêtement métallo-organominéral comprenant des nanofils conducteurs en concentration massique supérieure à 10%.According to another aspect of the invention, there is proposed a flexible electric circuit comprising a sheet of electrically conductive material, with a rear face of this sheet of electrically conductive material resting on a main face of a flexible dielectric substrate, and a face front opposite the back side. This electrical circuit comprises at least one zone with a layer of a metallo-organomineral coating, this layer of a metallo-organomineral coating comprising conductive nanowires in mass concentration greater than 10%.
Ce circuit comporte une ou plusieurs autres des caractéristiques optionnelles suivantes considérées indépendamment l’une de l’autre ou en combinaison d’une ou plusieurs autres :
- la couche de revêtement métallo-organominéral comprend une matrice sol-gel à base d’organosilane, la concentration massique de ladite matrice dans la couche de revêtement sol-gel métallo-organominéral sèche étant comprise entre 50 et 70%, la concentration massique des nanofils conducteurs dans la couche de revêtement sol-gel métallo-organominéral sèche étant comprise entre 10 et 40%, la couche de revêtement sol-gel métallo-organominéral sèche pouvant éventuellement comprendre un colorant dont la concentration massique dans la couche de revêtement sol-gel métallo-organominéral sèche est comprise entre 4 et 12% ;
- la couche de revêtement métallo-organominéral sèche a une épaisseur inférieure ou égale à 2 micromètres ;
- les nanofils conducteurs ont un diamètre inférieur ou égal à 200nm ;
- des contacts sont agencés dans le feuillet flexible de matériau électriquement conducteur, ces contacts étant configurés pour établir une connexion électrique par pression sur au moins une zone de contact, avec un connecteur électrique de lecteur (par exemple un lecteur de carte à puce à contact, un lecteur de bandelettes destinée à l’analyse du diabète ou à l’analyse de l’eau, etc.) ; et
- la couche de revêtement métallo-organominéral recouvre les contacts et le substrat diélectrique flexible situé entre les contacts.This circuit comprises one or more other of the following optional characteristics considered independently of one another or in combination with one or more others:
- the metallo-organomineral coating layer comprises a sol-gel matrix based on organosilane, the mass concentration of said matrix in the dry metallo-organomineral sol-gel coating layer being between 50 and 70%, the mass concentration of the conductive nanowires in the dry metallo-organomineral sol-gel coating layer being between 10 and 40%, the dry metallo-organomineral sol-gel coating layer possibly comprising a dye whose mass concentration in the sol-gel coating layer dry metallo-organomineral is between 4 and 12%;
- the dry metallo-organomineral coating layer has a thickness less than or equal to 2 micrometers;
- the conductive nanowires have a diameter less than or equal to 200 nm;
- contacts are arranged in the flexible sheet of electrically conductive material, these contacts being configured to establish an electrical connection by pressure on at least one contact area, with an electrical reader connector (for example a contact smart card reader , a strip reader for diabetic analysis or water analysis, etc.); And
- the metallo-organomineral coating layer covers the contacts and the flexible dielectric substrate located between the contacts.
Selon un autre aspect de l’invention, il est proposé une carte à puce comprenant une cavité dans laquelle est fixé un module électronique comprenant un circuit électrique flexible tel que mentionné ci-dessus, ainsi qu’une puce électronique connectée aux contacts.According to another aspect of the invention, there is proposed a chip card comprising a cavity in which is fixed an electronic module comprising a flexible electrical circuit as mentioned above, as well as an electronic chip connected to the contacts.
Selon encore un autre aspect de l’invention, il est proposé un module biométrique capteur d’empreintes digitales, comprenant un circuit électrique flexible tel que mentionné ci-dessus, ce circuit électrique comprenant une zone de capture d’empreinte configurée pour recevoir une extrémité d’un doigt et la zone de capture d’empreinte est entourée d’un bézel qui comporte une couche superficielle formée de la couche de revêtement métallo-organominéral.According to yet another aspect of the invention, there is proposed a biometric fingerprint sensor module, comprising a flexible electric circuit as mentioned above, this electric circuit comprising a fingerprint capture zone configured to receive an end of a finger and the fingerprint capture zone is surrounded by a bezel which comprises a surface layer formed of the metallo-organomineral coating layer.
Selon un autre aspect, l’invention concerne l’utilisation d’un circuit électrique flexible tel que mentionné ci-dessus, pour former un capteur comprenant au moins une électrode avec une zone recouverte de la couche de revêtement métallo-organominéral.According to another aspect, the invention relates to the use of a flexible electrical circuit as mentioned above, to form a sensor comprising at least one electrode with a zone covered with the layer of metallo-organomineral coating.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention mentionnée ci-dessus apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs et sur lesquels :
Claims (15)
caractérisé par le fait qu’il comprend en outre
- une étape de dépôt (1020) d’une composition sol-gel métallo-organominérale au moins sur une zone de la face avant, cette composition sol-gel comprenant des nanofils conducteurs, et
- une étape de traitement thermique (1030) à une température comprise entre 80 et 150°C, postérieure à l’étape de dépôt (1020) de la composition sol-gel, la composition sol-gel comprenant alors sur la matière sèche une concentration massique de nanofils conducteurs, supérieure à 10%.Method of manufacturing an electric circuit comprising at least one conductive track (7), this method comprising a step (100) of supplying a flexible sheet of electrically conductive material (10), and resting or not on a main face of a flexible dielectric substrate (4), this sheet of electrically conductive material (10) comprising a rear face and a front face,
characterized by the fact that it further comprises
- a step of depositing (1020) a metallo-organomineral sol-gel composition at least on a zone of the front face, this sol-gel composition comprising conductive nanowires, and
- a heat treatment step (1030) at a temperature between 80 and 150°C, subsequent to the step of depositing (1020) the sol-gel composition, the sol-gel composition then comprising on the dry matter a concentration mass of conductive nanowires, greater than 10%.
caractérisé par le fait qu’au moins une zone comporte une couche d’un revêtement sol-gel (13) métallo-organominéral, cette couche d’un revêtement sol-gel (13) comprenant des nanofils conducteurs en concentration massique supérieure à 10%.Flexible electrical circuit (5) comprising a sheet of electrically conductive material (10), with a rear face of this sheet of electrically conductive material (10) resting on a main face of a flexible dielectric substrate (4), and a front face opposite the rear face,
characterized in that at least one zone comprises a layer of a metallo-organomineral sol-gel coating (13), this layer of a sol-gel coating (13) comprising conductive nanowires in a mass concentration greater than 10% .
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