Brevet FR2920225A1 — publié le 20090227

La présente invention concerne une puce plate-forme haute température comportant une pluralité d'électrodes ainsi qu'un ensemble de multiples capteurs à oxyde métallique produit à partir de ces électrodes. Le document WO 03/087811 Al divulgue des réseaux de capteurs pour l'analyse simultanée de deux composants ou plus d'un mélange, en particulier un gaz de combustion. A cette fin, diverses électrodes sont revêtues de divers matériaux sensibles de manière à former une puce à multicontacts. L'objet de la présente invention consiste à améliorer la précision de sensibilité et de mesure de tels capteurs dans la plage haute température. Selon l'invention, il a été reconnu à cette fin que la reproductibilité est améliorée en chauffant la puce sur le côté arrière. Pour augmenter davantage la reproductibilité, la géométrie de l'agencement de conducteur de chaleur de même que l'agencement des couches sensibles sont optimisés. L'agencement du conducteur de chaleur sur le côté arrière du substrat doit provoquer un chauffage uniforme sur le côté avant, côté sur lequel les éléments sensibles sont chauffés de façon uniforme. Le substrat joue le rôle de plaque chauffante. La puce qui est équipée de cette façon est, selon l'invention, une puce haute température, c'est-à-dire pour une utilisation à des températures au-delà de 400 C, plus particulièrement de 500 C à 850 C, et tout spécialement entre 630 C et 750 C. Ceci met en jeu une puce plate-forme, c'est-à-dire que la puce est une plate-forme pour l'application d'éléments sensibles, plus particulièrement des capteurs en oxydes métalliques. Une telle puce plate-forme haute température comporte, selon l'invention, au moins trois électrodes agencées sur un substrat électriquement isolant formé en tant que plaque chauffante munie d'un conducteur de chaleur sur le côté arrière. Le conducteur de chaleur est construit en tant que puce ou est recouvert d'une couche de passivation de telle sorte que pour une utilisation prédéfinie, il soit protégé de l'atmosphère. Des électrodes en platine ou en platine-rhodium se sont avérées utiles en tant qu'électrodes sur le substrat. Des plaques réalisées à partir d'un oxyde inorganique, par exemple AI203, se sont avérées utiles en tant que substrat. Le conducteur de chaleur est de préférence réalisé à partir de platine ou à partir d'un alliage platine-rhodium. Les électrodes et également le conducteur de chaleur peuvent être fabriqués en utilisant une technologie en film épais mais sont de préférence fabriqués en utilisant une technologie en film mince (technologie puce sur carte ou dite "chip-on-board"). Avantageusement, la puce plate-forme comporte une résistance de mesure de température. Avantageusement, une puce est agencée sur la plaque chauffante, puce sur laquelle les électrodes et en option, la résistance de mesure de température, sont constituées selon une technologie en film mince, en particulier technologie puce sur carte. Une résistance de mesure de température additionnelle est de préférence fabriquée en utilisant une technologie en film mince. La résistance de mesure de température peut être fabriquée en association avec les électrodes lors d'une étape de structuration. II s'est avéré également utile de monter des puces résistance de mesure de température créées en utilisant une technologie en film mince de telle sorte que leurs pistes conductrices soient sur des zones de contact prévues à cet effet à côté des électrodes sur la surface supérieure du substrat. Il est en outre préférable de maintenir la différence de température entre les électrodes à moins de 10 C, plus particulièrement à moins de 5 C, ce pour quoi les électrodes sont agencées sur des sections du substrat qui présentent approximativement les mêmes températures lors d'un chauffage à l'aide du conducteur de chaleur jusqu'à 600 C à 800 C. Ainsi, avantageusement, les électrodes sont agencées de telle sorte que lors du chauffage de la plaque chauffante par un moyen de chauffage sur le côté arrière jusqu'à 600 C à 800 C, la différence de température entre les électrodes soit inférieure à 10 C. Avantageusement, la puce comporte un agencement de multiples capteurs à oxyde métallique. Elle comporte alors au moins trois électrodes sur un substrat électriquement isolant formé en tant que plaque chauffante munie d'un conducteur de chaleur sur le côté arrière. Une puce multicontacts de capteurs en oxyde métallique peut être fabriquée à partir de la puce plate-forme haute température par l'application d'un réseau de capteurs en oxyde métallique sur les électrodes. Pour cette puce multicontacts de capteurs en oxyde métallique, de façon analogue au cas de la puce plate-forme, les éléments de capteurs en réseau en oxyde métallique sont de préférence agencés de telle sorte que, lors d'un chauffage de la plaque chauffante à l'aide de conducteurs chauffants sur le côté arrière jusqu'à 600 C à 800 C, plus particulièrement 630 C à 750 C, ou jusqu'à 700 C à 800 C, la différence de température entre les éléments de réseau de capteurs oxyde métallique soit inférieure à 10 C, plus particulièrement inférieure â 5 C. L'uniformisation de température selon l'invention optimise la précision de mesure et la fiabilité du réseau. Dans ce qui suit, la présente invention sera expliquée par référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 représente une vue en plan du côté du capteur ; la figure 2 représente le côté du capteur en détail ; la figure 3 représente la distribution de chaleur sur le côté du capteur ; et la figure 4 représente les couches de la puce plate-forme selon une vue 25 éclatée. Le capteur selon les figures 1 à 3 est réalisé à partir d'une bande en céramique 11 sur laquelle des pistes conductrices allongées sont agencées. Les pistes conductrices se terminent sur le côté de connexion du capteur selon des portions plus larges ayant la forme de plages (plots) de contact. 30 Dans la région de capteur de mesure (extrémité), les pistes conductrices sont élargies de manière à former des électrodes. La puce est construite en tant que puce plate-forme dont des électrodes 1 à 8 sont associées à un réseau de revêtement dont les revêtements connectent les électrodes 1 à 8 à la contre-électrode O. L'électrode 9 est prévue pour l'agencement d'une puce à film mince sensible à la température dont le circuit est pareillement fermé par la contre-électrode O. Les motifs des électrodes, des pistes conductrices et des plots sont générés en structurant un film mince métallique ou au moyen d'une impression par sérigraphie d'une pâte métallique. La figure 3 représente la distribution de chaleur sur le côté des électrodes de la puce à 640 C. Les courbes de température sont indiquées en traits épais, à côté desquels sont mentionnées les valeurs de température, en caractères épais. Les électrodes sont ici agencées sur la puce de telle sorte que les surfaces d'électrode présentent la différence de température la plus faible possible. Sur le côté arrière, la puce comporte un conducteur de chaleur dans la région de capteur de mesure. Le conducteur de chaleur est construit pour obtenir un chauffage uniforme de la puce. Sur la figure 4, le conducteur de chaleur est construit en tant que puce en céramique, plus particulièrement avec une piste conductrice déposée en utilisant une technologie en film mince ou sur le côté arrière en tant que piste conductrice 12 sur la bande en céramique et avec recouvrement à l'aide d'une couche de passivation 13. Le conducteur de chaleur 12 est connecté électriquement au moyen de plots de contact 14. Sur la plaque chauffante constituée à partir de la bande en céramique 11 munie d'un moyen de chauffage, une couche métallique 15 est déposée et structurée de manière à former le motif selon les figures 1 à 3. Un mode de réalisation préféré est représenté par une pièce combinée. Sur une plaque chauffante comportant un conducteur de chaleur sur le côté arrière, seules des lignes d'alimentation sont appliquées sur le côté avant, de préférence au moyen d'une technologie en film épais en impression par sérigraphie. Les électrodes intégrant la résistance de mesure de température sont réalisées sur un support séparé au moyen d'une technologie en film mince en platine. Cette pièce permet l'application d'oxyde métallique selon une étape opératoire séparée de telle sorte que par la suite, la partie de capteur de gaz avec capteur de température intégré soit jointe sur le côté arrière de la plaque chauffante, et que les pistes conductrices en film mince puissent être connectées au moyen de fils fins (des fils de liaison) aux lignes d'alimentation du support. Ces connexions par fils sont pour finir scellées électriquement et mécaniquement à l'aide de verre. REVENDICATIONS 1. Puce plate-forme haute température, caractérisée en ce qu'au moins trois électrodes (0, 1-8, 9) de la puce plate-forme sont agencées sur un substrat électriquement isolant (11) formé en tant que plaque chauffante munie d'un conducteur de chaleur (12) sur le côté arrière. 2. Puce plate-forme selon la revendication 1, caractérisée en ce que les électrodes sont agencées de telle sorte que lors du chauffage de la plaque chauffante par un moyen de chauffage sur le côté arrière jusqu'à 600 C à 800 C, la différence de température entre les électrodes soit inférieure à 10 C. 3. Puce plate-forme haute température selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la puce plate-forme comporte une résistance de mesure de température. 4. Puce plate-forme haute température selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une puce est agencée sur la plaque chauffante, puce sur laquelle les électrodes et en option, la résistance de mesure de température, sont constituées selon une technologie en film mince, en particulier technologie puce sur carte. 5. Puce à multiples capteurs à oxyde métallique haute température comportant un agencement de multiples capteurs à oxyde métallique, caractérisée en ce que la puce comporte au moins trois électrodes (0, 1-8, 9) sur un substrat électriquement isolant (11) formé en tant que plaque chauffante munie d'un conducteur de chaleur (12) sur le côté arrière. 6. Puce à multiples capteurs à oxyde métallique selon la revendication 5, caractérisée en ce que, lors du chauffage de la plaque chauffante au moyend'un conducteur de chaleur sur le côté arrière jusqu'à 600 C à 800 C, la différence de température entre les couches de capteur oxyde métallique est inférieure à 10 C.