LA FABRICATION DE COMPOSANTS PAR TECHNOLOGIE D’ELECTROFORMAGE (UV-LIGA)

Apparue en 1998, cette technologie additive de fabrication de composants combine lithographie (par exposition UV) et galvanoplastie. L’acronyme UV-LIGA y fait directement référence. Les méthodes traditionnelles de fabrication sont généralement liées à l’emploi d’un type de machine spécifique (centre d’usinage, presse à étamper ou machine à électroérosion). En horlogerie ce sont principalement des alliages de nickel (nickel phosphore en particulier) qui sont utilisés avec cette technologie. La technologie UV-LIGA consiste davantage en un procédé de fabrication segmenté en différentes étapes :

1. Conception du composant 

La technologie UV-LIGA autorise des profils de composants impossibles à obtenir par les autres méthodes de fabrication. Par exemple, une roue d’échappement pourra être ajourée selon une structure définie pour l’alléger au maximum sans en affaiblir la rigidité. Il est donc important de bien connaitre cette technologie afin de pouvoir en intégrer les bénéfices dès la conception du composant.

2. Création du photomasque

 Le profil du composant à produire est imprimé à l’échelle 1 sur une plaque de verre. On y reproduit le composant à produire autant de fois qu’il est possible de le faire sur la surface du photomasque. La lumière (les UV) ne pourra ainsi passer qu’à l’extérieur du contour des composants à produire.

3. Fabrication du wafer

Le wafer est en quelque sorte le moule qui permettra de fabriquer le composant par croissance additive. Il se constitue d’une plaque dont la surface est dorée pour en améliorer la conductivité électrique. On applique ensuite une couche de résine photosensible d’une épaisseur supérieure à celle du composant à fabriquer sur la surface préalablement dorée du wafer.

4. Structuration du moule

L’étape consiste à superposer le photomasque au wafer et à irradier en rayons UV la surface de ce dernier. Bien sûr, par le filtre que constitue le photomasque, seules les surfaces des composants à produire seront protégées des rayons UV.   La résine exposée aux rayons UV durcira par polymérisation et ne pourra pas être dissoute lors de l’étape suivante.

5. Dissolution de la résine non-irradiée

Après avoir été exposé aux rayons UV, le wafer est plongé dans un bain qui permet de dissoudre, avec une précision extrême, les surfaces du wafer n’ayant pas été exposées aux rayons UV, soit la surface précise des composants à produire. On obtient par cette opération autant de moules du composant à produire que la surface du wafer peut en accueillir. A ce stade, le moule du composant à produire est terminé de même que la partie lithographie du procédé.

6. Fabrication du composant par croissance de matière

Le moule est plongé dans un bain galvanique. Un courant électrique circule entre une anode immergée dans le bain et le fond du moule (doré) qui constitue la cathode.  Les particules du métal en suspension dans le bain se déposent en couches successives au fond du moule puis sur toute la hauteur du composant en respectant parfaitement les limites de son contour, définies par la résine.

7. Rectification de la surface

 La surface supérieure de l’ensemble moule-composants est ensuite rectifiée afin d’amener l’ensemble des composants à leur épaisseur finale et de garantir le plat et le parallélisme des différentes surfaces du composant.

8. Dissolution du moule

Une fois rectifié, l’ensemble est plongé dans un bain qui permet de dissoudre la résine durcie du moule et son substrat. Les composants terminés sont libérés du moule et prêts à être assemblés.

La technologie UV-LIGA présente de nombreux avantages par rapport aux méthodes traditionnelles de production de composants. Le design et la technicité des composants en ont immédiatement profités. Par le niveau de précision qu’offre cette méthode et l’absence de toute contrainte mécanique lors de la fabrication du composant, les limites en termes de technicité et de design sont magistralement repoussées.

Bien que le procédé nécessite plusieurs étapes, la mise en œuvre est rapide et son coût maitrisé. Les composants réalisés par ce procédé sont toujours parfaitement identiques et conformes au plan originel. La précision relève du micron, et en l’absence totale d’outillage, on peut atteindre des tolérances rigoureusement serrées.

 De cette précision et par l’absence d’outils de coupe, les états de surfaces ne nécessitent, la plupart du temps, aucun traitement. Un atout majeur particulièrement lorsqu‘il s’agit d’engrenages puisque les frictions sont minimisées par la qualité des surfaces obtenues par cette technologie. Enfin, le nickel-phosphore généralement utilisé est amagnétique. Une qualité particulièrement appréciée dans la fabrication des composants de l’échappement.

Les nombreux avantages de ce procédé en ont rapidement fait une technologie incontournable et très utilisée. Elle a réellement libéré la créativité des concepteurs et les performances des montres. Avec l’apparition du silicium, la technologie UV-LIGA constitue l’une des évolutions majeures de ce dernier siècle.