Brevet FR2822289A1 — publié le 20020920

Elément à thermistance La présente invention concerne un élément à thermistance obtenu en formant une couche de thermistance constituée d'un matériau formant thermistance sur un substrat électriquement isolant. Jusqu'alors il a été proposé un élément à thermistance comprenant un substrat formé d'alumine électriquement conductrice, une couche de thermistance constituée d'un matériau formant thermistance formée sur le substrat et des électrodes formées sur le substrat et connectées électriquement à la couche de thermistance, comme cela est indiqué dans la demande de brevet japonais publiée sans examen (Kokai) NO 10-312907. Cependant, dans un tel élément à thermistance, le substrat en alumine subit une contraction et un allongement et peut se fissurer en raison d'un choc thermique et d'une vibration externe, et la couche de thermistance peut se détacher en raison d'une différence entre les coefficients de dilatation thermique de la couche de thermistance et du substrat. C'est pourquoi il existe une demande d'accroître plus encore la solidité du substrat. Compte tenu des problèmes mentionnés précédemment, un but de la présente invention est d'accroître plus encore la résistance du substrat dans un élément à thermistance, ce qui est obtenu en formant un élément à thermistance constitué d'un matériau formant thermistance sur un substrat électriquement isolant. Pour atteindre l'objectif indiqué précédemment, selon un premier aspect de la présente invention il est prévu un élément à thermistance, comprenant un substrat formé d'alumine électriquement isolante, une couche de thermistance d'un matériau formant thermistance formée sur ledit substrat, et des électrodes formées sur ledit substrat et connectées électriquement à ladite couche de thermistance, caractérisé en ce que ledit substrat est recouvert par un élément électriquement isolant possédant un coefficient de dilatation linéaire inférieur à celui de ladite alumine de manière à recouvrir au moins ladite couche de thermistance. Ainsi, il est possible de réduire l'allongement ou la contraction du substrat en alumine, dues à des chocs thermiques. Ainsi, le substrat présente une solidité accrue, ce qui supprime l'apparition de fissures et empêche un décollement de la couche de thermistance. Selon une autre caractéristique de l'invention il est souhaitable que ledit élément électriquement isolant recouvre l'ensemble de la région dudit substrat, étant donné que ceci rend maximum l'effet du premier aspect de l'invention. Le substrat de l'élément à thermistance classique est formé d'alumine. Les auteurs à la base de la présente invention ont étudié la résistance à la flexion du substrat classique en mettant en oeuvre le procédé de test de flexion en quatre points, conformément à la norme japonaise JIS (norme japonaise industrielle) R1601 et ont trouvé que la résistance à la flexion était égale au maximum à 200 MPa. C'est pourquoi, conformément à un second aspect de la présente invention, la solidité du substrat est améliorée de façon supplémentaire grâce au fait que le substrat possède une résistance à la flexion non inférieure à 200 MPa. Un substrat présentant une résistance à la flexion non inférieure à 200 MPa peut être formé par de la zircone, du nitrure de silicium ou du carbure de silicium. En outre, conformément à un troisième aspect de l'invention, le substrat 11 possède une résistance à la flexion non inférieure à 200 MPGa et est recouvert par l'élément électriquement isolant, qui possède un coefficient de dilatation linéaire inférieur à celui de l'alumine de manière à recouvrir au moins la couche de thermistance, afin d'obtenir en combinaison les caractéristiques des premier et second aspects de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels : les figures 1 (a) à 1 (d) sont des schémas illustrant l'agencement d'un élément à thermistance selon une première forme de réalisation de la présente invention ; la figure 2 est une vue illustrant, partiellement, en coupe transversale, un ensemble incorporant l'élément à thermistance représenté sur les figures l (a) à 1 (d) ; et les figures 3 (a) et 3 (b) sont des schémas illustrant des modifications apportées à la première forme de réalisation. On va maintenant décrire l'invention au moyen des formes de réalisation représentées sur les dessins. La figure 1 (a) est une vue en plan général d'un élément à thermistance selon une première forme de réalisation de l'invention, les figures 1 (b) à 1 (d) sont des vues en coupe schématique d'une partie dans laquelle une couche de thermistance est logée dans l'élément formant thermistance 10, et la figure 2 est un schéma illustrant, partiellement en coupe transversale, l'élément à thermistance 10. L'élément à thermistance 10 comprend un substrat en forme de plaque allongée 11 formée d'alumine électriquement isolante (Al203) une résistance thermique formée sur une substrat du substrat 11 et une électrode 13 connectée électriquement à la couche de thermistance formée sur une surface du substrat 11. La couche de thermistance 12 est formée par exemple d'un matériau formant thermistance tel que le (Y, Cr, Mn) 203, et les électrodes 13 sont formées de Pt ou analogue. En outre, comme cela est représenté sur les figures 1 (b) à 1 (d), le substrat 11 en alumine est recouvert par un élément électriquement isolant 14 tel que du Si02 ayant un coefficient de dilatation linéaire inférieur à celui de l'alumine de manière à recouvrir au moins la couche de thermistance 12. Le recouvrement par l'élément électriquement isolant 14 peut prendre l'une quelconque des formes représentées sur les figures 1 (b) à 1 (d). Sur la figure 1 (b), l'élément électriquement isolant 14 recouvre l'ensemble de la région du substrat 11. Sur la figure 1 (c) l'élément électriquement isolant 14 recouvre une surface et une partie des surfaces latérales du substrat 11. Sur la figure 1 (d), l'élément électriquement isolant 14 recouvre uniquement la couche de thermistance 12. Le substrat 11 constitué par l'alumine présente un coefficient de dilatation linéaire compris entre environ 7 x 106 et environ 9 x 106/oC, et le Sitz, qui constitue l'élément électriquement isolant 14 présente un coefficient de dilatation linéaire égal à environ 0, 5 x 106/oC. Sur la figure leva), bien que ceci ne soit pas représenté, l'élément électriquement isolant 14 possède une épaisseur comprise entre 10 et environ 50 um. L'élément à thermistance 10 est obtenu d'une manière telle que décrite dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publique sans examen (Kokai) mentionnée précédemment NO 10-312907, c'est-à-dire en formant des feuilles à vert, autrement dit des feuilles non cuites, pour réaliser le substrat 11 et la couche de thermistance 12, en formant des électrodes sur la feuille à vert du substrat 11 par un procédé d'impression et un procédé de vaporisation, par mise en place de la feuille à vert de la couche de thermistance 12 sur la feuille à vert du substrat 11 et par cuisson de ces éléments. Ensuite, on applique une pâte constituée par exemple de Si02 sur l'élément à thermistance 10 dans l'état ainsi cuit, en utilisant un procédé d'impression et un procédé d'immersion, suivi par une cuisson pour l'obtention de l'élément à thermistance 10, dans lequel le substrat 11 est recouvert par l'élément électriquement isolant 14 de manière à recouvrir au moins la couche de thermistance 12 comme représenté sur les figures 1 (b) à 1 (d). En référence à la figure 2, l'élément à thermistance 10 est réalisé sous la forme d'un ensemble et est appliqué à un capteur de température et analogue. Sur la figure 2, l'élément à thermistance 10 est contenu dans un tube métallique 20 formé d'acier inoxydable. Le tube métallique 20 est inséré et fixé dans un isolant 30 et l'élément à thermistance 10 est fixé à l'isolant 30 en un emplacement approprié à l'intérieur de ce dernier. L'isolant 30 est pourvu de fils conducteurs 40 servant à prélever les signaux de l'élément à thermistance 10. Les fils conducteurs 40 sont connectés électriquement aux électrodes 13 de l'élément à thermistance 10 dans l'isolant 30. Dans cet ensemble par exemple le tube métallique 20 est exposé à l'environnement dans lequel la mesure doit être effectuée et les fils conducteurs 40 sont connectés électriquement au circuit externe de sorte que les signaux (signaux électriques utilisant une caractéristique résistance-température) provenant de l'élément à thermistance 10 sont ressortis en direction d'une unité externe par l'intermédiaire des fils conducteurs 40. Dans cette forme de réalisation, le tube 11 formé d'alumine est recouvert par l'élément électriquement isolant 14 qui possède un coefficient de dilatation linéaire inférieur à celui de l'alumine de manière à recevoir la couche de thermistance 12. Par conséquent l'élément électriquement isolant 14 agit de manière à réduire la dilatation ou la contraction du substrat en alumine 11 provoquée par des chocs thermiques. C'est pourquoi, dans l'élément à thermistance 10, le substrat présente une solidité accrue de façon supplémentaire, ce qui réduit l'apparition de fissures dans le substrat et empêche la couche de thermistance de se décoller. A cet égard, il est souhaitable que l'élément électriquement isolant 14 recouvre l'ensemble de la région du substrat 11 comme cela est représenté sur la figure 1 (b), et ceci contribue à rendre maximum l'effet mentionné ci-dessus. Les figures 3 (a) et 3 (b) sont des vues en coupe représentant schématiquement des formes de réalisation modifiées de l'invention. Dans une première variante représentée sur la figure 3 (a), une couche de protection 15 formée d'un isolant (par exemple Y203) est intercalée entre l'élément électriquement isolant 14 et la face du substrat 11 et la couche de thermistance 12. L'élément de thermistance 10 peut être l'élément de thermistance stratifié tel que décrit dans la demande de brevet japonais mise à l'inspection publiée (Kokai) mentionnée précédemment NO 10-312907. Dans ce cas, comme cela est représenté par une seconde variante illustrée sur la figure 3 (b), la couche de thermistance 12 est formée entre les substrats stratifiés 11 et les surfaces des substrats sont recouvertes par l'élément électriquement isolant 14. Conformément aux variantes représentées sur les figures 3 (a) et 3 (b), la couche à thermistance 12 est recouverte par l'élément électriquement isolant 14 par l'intermédiaire de la couche de protection 15 et du substrat 11 de manière à présenter le même effet que celui de la forme de réalisation mentionnée précédemment. Dans une seconde forme de réalisation de l'invention, le substrat lui-même présente une résistance à la flexion, ce qui augmente la solidité du substrat de l'élément à thermistance. A cet effet l'élément à thermistance de cette forme de réalisation prend la forme de l'élément à thermistance 10 représenté sur les figures 1 (a) à 1 (d) sans cependant l'élément électriquement isolant 14. Conformément à la première forme de réalisation, l'élément à thermistance 10 utilise le substrat 11 en alumine. Mais dans cette forme de réalisation, le substrat 11 est formé de zircone, de nitrure, de silicium ou de carbure de silicium. En utilisant de la zircone ou analogue à la place de l'alumine, le substrat 11 présente une résistance à la flexion non inférieure à 200 MPa. Ici, la résistance du substrat 11 à la flexion est déterminée au moyen du procédé de test en flexion (procédé de test en flexion en quatre points) conformément à la norme japonaise JIS R1601. En particulier, en tenant compte de la résistance du substrat 11 aux chocs thermiques, on chauffe le substrat 11, qui possède une longueur de 38 mm, une largeur de 4 mm et une épaisseur de 3 mm, tel que représenté par exemple sur la figure 1, et on l'immerge dans de l'eau à la température normale pour le refroidir. On répète par exemple 10 fois ce cycle de chauffage/refroidissement, on exécute le test de flexion à la température normale. Dans cette forme de réalisation, l'élément à thermistance 10 comporte le substrat 11 possède une résistance à la flexion non inférieure à 200 MPa telle que mesurée au moyen du test de flexion. C'est pourquoi, le substrat présente une résistance à la flexion supérieure à celle d'un substrat classique (qui présente une résistance à la flexion de 200 MPa au maximum) et réduit l'apparition de fissures dans le substrat et empêche un détachement de la couche de thermistance. L'élément à thermistance 10 de cette forme de réalisation peut également être produit conformément au procédé de fabrication décrit dans la première forme de réalisation. En outre, dans l'élément à thermistance 10 de cette forme de réalisation, on peut s'attendre à obtenir une amélioration supplémentaire de la solidité du substrat si l'élément électriquement isolant 14 est prévu. Enfin, cette forme de réalisation peut être également modifiée de la manière qui est représentée sur les figures 3 (a) et 3 (b). REVENDICATIONS 1. Elément à thermistance, comprenant : un substrat (11) formé d'alumine électriquement isolante, une couche de thermistance (12) d'un matériau formant thermistance formée sur ledit substrat, et des électrodes (13) formées sur ledit substrat et connectées électriquement à ladite couche de thermistance, caractérisé en ce que ledit substrat est recouvert par un élément électriquement isolant (14) possédant un coefficient de dilatation linéaire inférieur à celui de ladite alumine de manière à recouvrir au moins ladite couche de thermistance. 2. Elément à thermistance selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément électriquement isolant (14) recouvre l'ensemble de la région dudit substrat (11).