Brevet FR2625561A1 — publié le 19890707

STRUCTURE DE SUPPORT POUR CAPTEUR DE GAZ La présente invention se rapporte à une structure de support pour un capteur de gaz destiné à être incorporé dans un dispositif de détection de traces de gaz dans un milieu. On connaît des capteurs de gaz en film mince qui sont constitués par un oxyde métallique, par exemple SnO2 ou NiO, qui sont fabriqués à une température au plus égale à 500 C environ, cet oxyde métallique étant traité, avant mise en service, en le soumettant, sensiblement à la même température au plus égale à 500 C environ, à un flux gazeux contenant un gaz activant du groupe constitué par S02 et H2S. On constate alors que la courbe de la conductance d'un tel capteur en fonction de la température présente des maxima qui sont chacun caractéristiques de la présence de traces d'un gaz déterminé dans l'air. Par exemple, elle présente à environ 100 C un maximum caractéristique de la présence d'H2S, à environ 250 C un maximum caractéristique de la présence de S02, et à environ 400 C un maximum caractéristique de la présence de benzene. Ces capteurs peuvent être réalisés soit par frittage d'un oxyde métallique, soit sous forme de couche mince ou de couche épaisse. La présente invention a pour objet une structure d'accueil apte à recevoir indifféremment,. de manière fiable, solide, et industrialisable par grandes quantités, des capteurs de gaz des trois sortes: frittés, en couche mince, ou en couche- épaisse. Une structure unitaire de ce type, c'est-à-dire une structure apte à recevoir un seul capteur de gaz, se présente, selon l'invention, sous la forme d'un petit morceau de feuille, plan et rigide, isolant électriquement (par exemple en alumine frittée, en verre, en silicium oxydé, ou en céramique plus généralement). Ce petit morceau de feuille est ajouré, et il comporte - une partie centrale, qui est pleine et qui est apte à recevoir au moins, successivement et en couches superposées, une première épaisseur constituant une résistance ohmique de chauffage par effet 3oule, une deuxième épaisseur en matériau électriquement isolant mais transmetteur de la chaleur, puis une troisième épaisseur qui réalise deux électrodes séparées par l'espace plan nécessaire à l'interposition d'un élément sensible entre ces deux électrodes;. - une zone externe de connexion, réalisée par exemple sous forme de pourtour continu - au moins deux bras (par exemple quatre) reliant cette partie centrale à ce pourtour continu, dont deux bras sur lesquels sont déposées des connexions conductrices reliant les deux électrodes précitées respectivement à deux points pour soudure qui sont déposés séparément sur ledit pourtour, et deux bras sur lesquels sont de même déposés les connexions et points pour soudure qui sont associés à la résistance ohmique de chauffage précitée. De la sorte, cette structure est ensuite apte à recevoir indiffé- remment un capteur de gaz du type en couche mince, du type en couche épaisse, ou du type fritté. L'invention sera bien comprise, et ses avantages et autres carac- téristiques ressortiront, au cours de la description suivante d'un exemple non limitatif de réalisation, en référence au dessin schématique annexé dans lequel: - Figure I est une vue d'ensemble en perspective très agrandie de cette structure unitaire d'accueil pour capteur de gaz - Figures 2 à 6 sont des vues en plan montrant les phases successives de fabrication de cette structure - Figure 7 est une vue éclatée en coupe transversale de cette structure - Figure 8 est une vue en plan partielle d'une feuille comportant un grand nombre de structures unitaires, avant découpe; et Figure 9 est une vue en plan d'une variante de réalisation de cette structure. En se reportant aux figures I à 7, cette structure d'accueil pour capteur de gaz se présente sous la forme d'un carré I de 6 x 6 mm, avec un rectangle central 2 de 2 x 1 mm dont les quatre coins sont reliés aux quatre coins correspondants du carré par quatre bras 3. Cette figure complexe est réalisée par découpage au laser d'une embase plane et rigide 4 dans une plaque d'alumine. La figure 2 montre l'embase 4 plane et ajourée, obtenue après ce découpage. Cette feuille 4 est rigide et électriquement isolante. Sur cette embase rigide et ajourée 4 est tout d'abord, s'agissant de fabriquer la structure d'accueil de la figure 1, rapportée comme schéma- tisé figure 3 une figure en pâte de platine qui comporte un rectangle central et deux bras 6,7 reliant deux coins opposés de ce rectangle 5 aux deux coins opposés correspondants du carré 1 que forme le pourtour de la feuille ajourée 4. Cette pâte de platihe est déposée en couche par la technique connue de sérigraphie. Le platine est un métal dont la résistance ohmique varie linéai- rement avec la température, de sorte que ce métal est couramment utilisé dans la technique pour faire de la mesure de température. Selon une originalité de la présente invention, on utilise ici le platine comme résistance chauffante pour le capteur de gaz. En se reportant à la figure 4, l'étape suivante de fabrication de la structure d'accueil consiste à dessiner au laser, dans la couche rectangulaire centrale 5 en platine, une résistance linéaire 8 qui formera la résistance de chauffage du capteur à recevoir sur cette structure. L'étape suivante de fabrication, schématisée figure 5, consiste à déposer au centre de la structure une couche sérigraphique isolante 9 qui recouvre le rectangle central 2 comportant la résistance 8 en platine ainsi que les quatre amorces 10 des quatre bras 3. Cette couche diélectrique 9 permet d'isoler électriquement la résistance 8 qu'elle revêt. La dernière phase de fabrication, schématisée figure 6, consiste à déposer par sérigraphie, en une pâte de platine et or se prêtant à la soudure à l'étain - deux électrodes centrales rectangulaires 11,12 sur les deux extrémités longitudinales du rectangle central 2, chacune de ces électrodes étant apte à recevoir une des extrémités de connexion électrique du capteur à installer sur la structure d'accueil - deux plots 13,14 de connexion placés aux deux coins diagona- lement opposés du rectangle I autres que ceux qui reçoivent les extrémités ,16 des pistes de platine 6,7, ces deux plots 13,14 étant reliés électri- quement aux électrodes respectives Il et 12 par des pistes sérigraphiées 17,18 tracées sur les bras de liaison 3 correspondants; - deux autres plots 19,20 de connexion places sur les extrémités 15 et 16 précitées des pistes de platine 6 et 7; facultativement, on peut aussi recouvrir ces pistes de platine 6 et 7 par une couche filiforme de pâte de platine et or 21,22 qui s'étendrait entre les plots 19,20 et la couche diélectrique 9 précitée. La structure d'accueil est alors terminée et a l'aspect dessiné sur les figures 1 et 6. Elle est apte à recevoir indifféremment, entre les électrodes I1l et 12, soit un élément sensible sous forme d'un barreau fritté, tel que schématisé en traits mixtes par 23 en figure 1, soit un élément sensible réalisé en couche mince, déposé par exemple par pulvérisation cathodique. soit un élément sensible réalisé en couche épaisse, déposé par exemple par sérigraphie. Bien entendu, en pratique, il sera fabriqué simultanément un grand nombre de structures d'accueil telles que celle qui vient d'être décrite dans une même grande plaque d'alumine. La figure 8 montre une telle plaque 24, avec ajourages et lignes de prédécoupe 25. Dans la plaque 24, les structures d'accueil peuvent être, après fabrication, découpées soit une par une, soit par groupes de deux, de trois, de cinq, etc... La découpe par groupes de plusieurs structures d'accueil accolées présente des applications in:eressantes. S'agissant par exemple de distinguer des traces de S02, de H2S, et de benzène, on utilisera un groupe de trois structures accolées, la première structure étant chauffée à la température correspondant au pic du S02, la seconde à la température du pic du H2S; et la troisième à celle du pic du benzène. Sur chaque structure, on a la faculté d'adapter le capteur optimal pour le gaz à détecter (S02, H2S, ou benzène) soit un capteur en couche mince, soit un capteur en couche épaisse, soit un capteur en matériau fritté. Une autre possibilité est d'utiliser un assez grand nombre de structures complètes et accolées, par exemple cinq structures accolées, et de chauffer la première structure à par exemple 1000C, la seconde à 200 C,... , la cinquième à 500 C, ce qui permet de tracer de façon instantanée la courbe de la conductance en fonction de la température (les cinq capteurs étant alors tous identiques), et d'afficher sur écran ou de tracer sur papier directement le ou les pics. La structure d'accueil ajourée peut avoir une morphologie diffé- rente de celle représentéee: elle peut être ronde, ovale, rectangulaire, etc.... Elle peut aussi être plus sophistiquée et comporter par exemple un organe de mesure de la température du capteur. Cet organe peut être constitué par une - thermistance ou par une résistance de platine, déposées soit sur le capteur après interposition d'une mince couche diélectrique, soit au verso du rectan- gle central 2 et directement sur l'alumine. Une variante particulièrement intéressante de cette structure d'accueil est schématisée figure 9. La plaque d'alumine carrée 4 est prolongée, sur un des côtés du carré, par un rectangle 27 qui reçoit une résistance électrique 26 en couche épaisse. Cette résistance 26 est ajustée pour être apairée au capteur 23, le rapport de leurs résistances ohmiques étant constant, ce qui permet d'insérer cet ensemble dans un circuit électronique de mesure standard, et de remplacer si nécessaire cet ensemble par un autre sans changer quoi que ce soit à ce circuit électronique. Entre le carré 4 et le rectangle 27 est prévue une ligne de prédécoupe 28, afin de pouvoir isoler si on le souhaite la structure portée par le carré 4. La résistance 26 est par exemple celle aux bornes de laquelle on prendra la tension de mesure, et son réglage précis est effectué classi- quement au moyen d'encoches 29. L'invention n'est bien entendu pas limitée à l'exemple de réali- sation qui vient d'être décrit. La structu: pourrait ne comporter que deux bras au lieu de quatre. Elle pourrait être double, c'est-à-dire comporter sur une même embase 4, une seule et même résistance chauffante 8, et un élément sensible sur chaque face, avec électrodes d'accueil et connexions correspondantes, ces deux éléments sensibles étant identiques ou différents. REVENDICATIONS I - Structure de support pour capteur de gaz (23) destiné à être incorporé dans un dispositif de détection de traces de gaz dans un milieu, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un petit morceau de feuille (4), plan et rigide, en matériau isolant électriquement, tel qu'une céramique, ce morceau de feuille (4) étant ajouré et comportant: une partie centrale (2) pleine et apte à recevoir au moins, successivement et en couches superposées, une première épaisseur consti- tuant une résistance ohmique (8) de chauffage par effet Joule, une deuxième épaisseur (9), en matériau électriquement isolant, et une troisième épaisseur réalisant deux électrodes (11.12) séparées par l'espace plan nécessaire à l'interposition d'un élémert sensible (23) entre ces deux électrodes - une zone externe de connexion (1); - au moins deux bras (3) reliant cette partie centrale (2) à cette zone de connexion (1), sur lesquels sont déposées des connexions conductrices (17,18) reliant les deux électrodes précitées (11,12) respectivement à deux points de connexion (13,14) déposés sur la zone de connexion (1), et sur lesquels sont par ailleurs déposées les liaisons et connexions (19,20) associées à ladite résistance ohmique de chauffage (8); de telle sorte que cette structure soit ensuite apte à recevoir indifférem- ment entre lesdites électrodes (11,12) un élément sensible (23) du type couche mince, du type couche épaisse, ou du type fritté. 2 - Structure de support selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un organe de mesure de la température du capteur. 3 - Structure de support selon la revendication 1 ou la revendi- cation 2, caractérisée en ce qu'elle est en outre apte à recevoir une résistance (26) apairée avec le capteur (23). 4 - Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que cette résistance apairée (26) est placée sur un morceau de feuille (27) qui est séparable de celui (4) qui constitue l'embase de la structure d'accueil de l'élément sensible lui-même (23). - Structure selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en grand nombre sur une plaque unique (24) qui est ensuite découpée soit en structures séparées, soit en groupes de plusieurs structures accolées. 6 - Structure selon l'une des revendications I à 5, caractérisée en ce que la résistance de chauffage (8) est une résistance en platine. 7 - Structure selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est apte à recevoir un élément sensible sur chacune de ses deux faces. 8 - Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte une seule et même résistance chauffante (8) pour ces deux éléments sensibles.