Brevet FR2786602A1 — publié le 20000602

I Etat de la technique: La présente invention concerne un élément capteur ou actionneur notamment utilisable sur des véhicules automo- biles. On connaît de multiples exemples de tels éléments capteurs ou actionneurs. A titre d'exemple, on a un débitmè- tre massique d'air à film chaud. Pendant le fonctionnement d'un tel capteur actionneur, on rencontre souvent la diffi- culté que dans de mauvaises conditions d'utilisation comme par exemple lorsque le dispositif est installé dans la tubu- lure d'aspiration d'un véhicule automobile, les dépôts en surface par exemple de l'eau sale, de l'eau projetée, des huiles minérales, des huiles de silicone, de la suie, des sels, des hydrocarbures, des particules de poussière etc. en- crassent la partie effectivement active de l'élément, ce qui aboutit très rapidement (par exemple sous l'effet de projec- tions d'eau) à une détérioration du signal fourni par le cap- teur; cette détérioration peut également être furtive. Les revêtements de surface pour le revêtement an- ti-adhérent des produits textiles rendant ceux-ci répulsifs à l'eau et à l'huile, sont par exemple connus sous la dénomina- tion commerciale " Scotchgard " de la Société 3M Deutschland GmbH, Neuss. Des polymères fluorés et des polymères partiel- lement fluorés pour éviter la migration des huiles de grais- sage sont également connus sous la dénomination d'agent pour " épilamiser ". On connaît de plus des revêtements évitant l'accrochage de saletés avec des silanes fluorés sur du verre ou sous la forme de polymères contenant du fluor, que l'on dépose par des procédés au plasma. Avantages de l'invention: La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un élément du type défini cidessus, caractérisé en ce que l'élément capteur ou actionneur est muni d'une couche protectrice constituée par un revêtement de surface anti-adhérent. Vis-à-vis de l'état de la technique, un tel élé- ment qui est un capteur ou un actionneur, présente l'avantage, s'il est utilisé dans des conditions défavorables par exemple dans la tubulure d'aspiration de moteurs de véhi- cules automobiles, de réduire considérablement les dépôts d'eaux sales, d'eaux projetées, d'huiles minérales, d'huiles de silicone, de suie, d'hydrocarbures, de sels de particules de poussière sur l'élément capteur ou actionneur. Cela permet d'en augmenter la durée de vie sans limiter son aptitude au fonctionnement, même dans de mauvaises conditions. Cela est notamment vrai si la surface est par exemple celle de pièces de capteur ou d'actionneurs fabriqués en micromécanique au silicium, avec des couches diélectriques comme du dioxyde de silicium, du nitrure de silicium, du si- licium, des verres, des céramiques, des polymères et des mé- taux ayant une énergie de surface importante et qui peuvent être facilement mouillées par les corps étrangers ou les sa- letés évoquées ci-dessus. Dans le cas des éléments selon l'invention ayant un revêtement de surface anti-adhérent et notamment un revêtement de surface organique ou contenant du fluor comme couche protectrice, on minimise un tel encrassage ou une telle réduction du bon fonctionnement par réduction de l'énergie de surface. Selon certaines caractéristiques avantageuses de l'invention, l'épaisseur du revêtement de surface anti- adhérent peut se régler dans une plage très étendue allant de nm jusqu'à 10 pm, si bien que le signal du capteur ou de l'actionneur n'est pas influencé par ce revêtement de sur- face. Il est également très avantageux que le revêtement de surface soit stable en température jusqu'à au moins 200 C et ne présente qu'une très faible énergie de surface de 5 à mN/m. Selon d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: * le revêtement de surface anti-adhérent contient au moins une combinaison choisie dans le groupe formé par les poly- mères fluorés les ormocers fluorés, les silanes fluorés, les résines de fluorocarbone polymère ou les polymères partiellement fluorés; * le revêtement de surface anti-adhérent est un film de po- lymère contenant du fluor ou un revêtement de fluorosi- lane. * le revêtement de surface anti-adhérent se décompose sans laisser de résidu à des températures supérieures à 300 C. Selon d'autres caractéristiques complémentaires de l'invention: * l'élément capteur ou actionneur est intégré dans un cap- teur notamment un débitmètre massique d'air à film chaud; * il est intégré dans un capteur d'humidité, de climatisa- tion, de qualité d'air, de température ou de poche d'air de sécurité; * le revêtement de surface anti-adhérent est appliqué sur les parois intérieures des pièces entourant l'élément tel- les que les canaux d'alimentation en gaz ou des groupes constituant le carter; * le revêtement de surface anti-adhérent s'accroche solide- ment et résiste en particulier au test de coupe en treillis. Dessins: Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits ci-après à l'aide du dessin annexé dans lequel la fi- gure 1 est un schéma de principe d'un capteur massique d'air à film chaud comportant un élément de détecteur muni d'un re- vêtement. Exemples de réalisation: La figure 1 est une vue éclatée d'un capteur mas- sique d'air à film chaud, connu en soi, muni d'un connecteur 13 avec des branchements électriques, un circuit d'exploi- tation 15, un couvercle 14 fermant la cavité logeant les élé- ments électroniques, un couvercle de canal de mesure 16, une tôle de support 11, un élément capteur 10 et un canal d'alimentation en air 12. Ce capteur s'installe par exemple dans la tubulure d'aspiration d'un moteur de véhicule automo- bile; l'élément de capteur reçoit l'air et/ou les gaz par le canal d'alimentation en air 12 et ce flux d'air ou de gaz en- traîne inévitablement des saletés comme par exemple de l'eau sale, de l'eau projetée, des huiles minérales, des huiles de silicone, de la suie, des hydrocarbures, des sels ou des par- ticules de poussière. L'élément capteur 10 se présente sous la forme d'une plaquette de silicium structurée avec une zone sensible située à l'intérieur du canal d'alimentation en air 12. L'élément capteur 10 est muni d'un revêtement de surface anti-adhérent. Le revêtement de surface anti-adhérent 20 est une mince couche accrochée, contenant du fluor, stable en tempé- rature, qui, grâce à sa faible énergie de surface, évite l'accrochage des produits et saletés évoqués ci-dessus. La faible épaisseur du revêtement de surface 20 qui est unique- ment d'environ 10 nm jusqu'à 10 pm, n'influence pas le fonc- tionnement de l'élément capteur 10 ou d'un élément actionneur, même pour certains principes de fonctionnement tels que celui d'un anémomètre thermique. Le revêtement de surface anti-adhérent 20 est no- tamment un polymère fluoré, un ormocer fluoré, un silane fluoré, une résine de fluorocarbone polymère ou un polymère partiellement fluoré. L'application du revêtement de surface 20 sur l'élément capteur 10 se fait par immersion, pulvérisation, application d'un revêtement, application au pinceau, applica- tion au goutte à goutte ou ruissellement, application à la raclette, au rouleau, projection ou dépôt à la vapeur notam- ment d'une solution d'un polymère fluoré ou d'un ormocer fluoré, avec de préférence un solvant fluoré. En fonction du procédé d'application utilisé et du rapport solvant/polymère fluoré, on peut facilement régler l'épaisseur du revêtement de surface 20 de l'ordre d'environ 10 nm jusqu'à 10 pm. Après évacuation du solvant, on obtient ainsi d'une manière très simple, un film de polymère bien accroché sur l'élément capteur 10 comme couche protectrice et couche de revêtement anti-adhérent dont l'épaisseur se règle par le rapport polymère fluoré/solvant dans de très larges limites. En variante au revêtement avec des polymères fluorés ou des ormocers fluorés-, on peut également revêtir la surface de l'élément capteur 10 avec du silane fluoré par immersion, pulvérisation ou revêtement rotatif ainsi que par polymérisa- tion au plasma avec des matières contenant du fluor. En particulier pour l'élément capteur 10 selon l'invention, on choisit des revêtements de surface 20 réali- sés avec les produits FC 722, FC 732, FC 725 de la Société 3M Deutschland GmbH, Neuss ou avec les produits F2/50, FK60 de la Société Dr. Tilwich GmbH,72160 Horb. De plus on peut avan- tageusement mettre en oeuvre une couche auto-synthétique obte- nue par addition sur le produit Foralkyl MAC 8 Elf Atochem, F-92300 Levallois d'un métacrylate polyfonctionnel, d'un ini- tiateur de polymérisation et le cas échéant d'un solvant, cette solution étant alors utilisée pour revêtir l'élément capteur 10. Le revêtement de surface 20 n'influence pratique- ment pas le signal de mesure fourni par le capteur massique d'air à film chaud. Comme élément capteur 10 pour le revête- ment de surface 20, on a en particulier des éléments en sili- cium, dioxyde de silicium, nitrure de silicium, matières céramiques, verres, métaux ou polymères. Comme le capteur massique d'air à film chaud pré- sente en fonctionnement différentes zones de température avec des températures comprises entre 150 C jusqu'à 350 C, il est très avantageux qu'un revêtement avec des polymères fluorés en utilisant les produits évoqués ci-dessus des Sociétés 3M et Dr. Tilwich, se décompose sans laisser de résidu à des températures supérieures à 300 C. Cela permet en outre de re- vêtir une zone dépassant celle de l'élément capteur 10 pro- prement dit, comme par exemple les parois intérieures d'un canal d'alimentation de gaz ou d'air 12 et/ou le couvercle du canal de mesure avec un revêtement de surface anti-adhérent. Lors de la première mise en route du capteur massique à film d'air chaud, le revêtement de surface anti-adhérent appliqué aux endroits exposés à des températures supérieures à 300 C, brûlera alors sans laisser de résidu. Les parois intérieures du canal d'alimentation en air 12 sont formées dans le cas du capteur massique à film d'air chaud 20 notamment d'une masse injectée de polybuty- lènetéréphtalate renforcé par des fibres de verre et elles conviennent ainsi également pour recevoir un revêtement de surface anti-adhérent à base de polymères fluorés, ce qui ré- duit d'autant la détérioration du fonctionnement de l'élément de capteur selon l'invention par exemple par des saletés qui s'accrocheraient sur les parois intérieures. A côté du capteur massique à film d'air chaud, on a également différents autres capteurs et actionneurs qui peuvent recevoir chacun un revêtement anti-adhérent. Il s'agit notamment de capteurs d'humidité, de capteurs d'installation de climatisation, de capteurs de qualité de l'air ou de capteurs de température. Egalement les capteurs des poches d'air de protection peuvent recevoir sur leur côté intérieur et/ou sur la masse oscillante, un revêtement de surface anti-adhérent pour éviter leur collage. De plus, cela convient notamment dans le cas d'organes mobiles d'un dispo- sitif agissant sur le diaphragme d'un régulateur de débit d'air ou le rotor de l'alternateur,qui peuvent recevoir un revêtement de surface anti-adhérent. Le revêtement de surface 20, ainsi appliqué, en FC 722 s'accroche particulièrement bien sur des substrats de silicium constituant l'élément capteur 10; ce revêtement ré- siste au test de coupe en treillis R E V E N D I C A T IONS 1 ) Elément capteur ou actionneur notamment utilisable sur des véhicules automobiles, caractérisé en ce que l'élément capteur ou actionneur (10) est muni d'une couche protectrice constituée par un revêtement de surface (20) an- ti-adhérent. 2 ) Elément capteur ou actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le revêtement de surface (20) anti-adhérent est stable en température jusqu'à au moins 200 C. 3 ) Elément capteur ou actionneur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement de surface anti-adhérent (20) a une faible énergie de surface allant notamment de 5 à 50 mN/m. 4 ) Elément capteur ou actionneur selon au moins l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement de surface anti-adhérent (20) réduit le dépôt d'eaux sales, d'huiles minérales, d'eaux projetées, d'huile de silicone, de suie, de sels, d'hydrocarbures, de particules de poussière ou d'une combinaison d'au moins deux de ces corps sur la surface de l'élément (10). ) Elément capteur ou actionneur selon au moins l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le revêtement de surface anti-adhérent (20) contient au moins une combinaison choisie dans le groupe formé par les polymè- res fluorés les ormocers fluorés, les silanes fluorés, les résines de fluorocarbone polymère ou les polymères partielle- ment fluorés. 6 ) Elément capteur ou actionneur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le revêtement de surface anti-adhérent (20) est un film de polymère contenant du fluor ou un revêtement de fluorosilane. 7 ) Elément capteur ou actionneur selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement de surface anti-adhérent a une épaisseur com- prise entre 10 nm et 10 pm. 8 ) Elément capteur ou actionneur selon l'une des revendica- tions 1 ou 5, caractérisé en ce que le revêtement de surface antiadhérent (20) se décompose sans laisser de résidu à des températures supérieures à 300 C. 9 ) Elément capteur ou actionneur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément (10) contient du silicium, un nitrure de silicium, du dioxyde de silicium, du verre, du métal, un polymère ou une matière céramique. ) Elément capteur ou actionneur selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' il est intégré dans un capteur notamment un débitmètre massi- que d'air à film chaud. 11 ) Elément capteur ou actionneur selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' il est intégré dans un capteur d'humidité, de climatisation, de qualité d'air, de température ou de poche d'air de sécuri- té. 12 ) Elément capteur ou actionneur selon au moins l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement de surface anti-adhérent (20) est appliqué sur les parois intérieures des pièces entourant l'élément (10), telles que les canaux d'alimentation en gaz (12) ou des grou- pes constituant le carter (16). 13 ) Elément capteur ou actionneur selon au moins une des re- vendications précédentes, caractérisé en ce que le revêtement de surface anti-adhérent (20) s'accroche soli- dement et résiste en particulier au test de coupe en treillis.