INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Un assemblage membrane-électrode 2 est représenté de façon partiellement éclatée à la . Cet assemblage 2 est associé à une première demi-plaque bipolaire 42 et à une deuxième demi-plaque bipolaire 44 pour former un sous ensemble 6 destiné à constituer une cellule électrochimique, prévue pour faire partie d’un empilement, cet empilement constituant une partie d’une pile à combustible. Un tel empilement est représenté avec la référence 60, à la , au sein d’une pile à combustible 8 partiellement visible, pour le troisième mode de réalisation de l’invention.
Les demi-plaques bipolaires 42 et 44 peuvent également être dénommées plaques polaires.
On note A2 un axe longitudinal de l’assemblage membrane-électrode 2, qui est confondu avec un axe longitudinal A6 du sous-ensemble 6.
L’assemblage membrane-électrode 2 peut être dénommé MEA et comprend une membrane de base 22 qui, dans l’exemple décrit ci-après, est revêtue de catalyseur. Plus précisément, la membrane de base 22 est une membrane polymère échangeuse de protons. La structure de l’assemblage membrane électrode 2 est la même que celle visible à la pour le troisième mode de réalisation. Elle est décrite en référence à cette . La membrane de base 22 est donc, dans l’exemple, revêtue, sur un premier côté orienté vers le haut aux , 2 et 7, d’une première couche catalytique 23 formant cathode et, sur un deuxième côté opposé au premier côté et orienté vers le bas aux , 2 et 7, d’une deuxième couche catalytique 24 formant anode. La membrane 22 et les couches catalytiques 23 et 24 forment ensemble une membrane revêtue de catalyseur 25, autrement dénommée CCM. Dans la suite de la présente description, cette membrane revêtue de catalyseur 25 est dénommée membrane CCM.
Ici, la membrane de base 22 est réalisée en matériau polymère, notamment du type NAFION (marque déposée), et présente une épaisseur de l’ordre de 0,005 à 0,050 mm, de préférence 0,008 à 0,015 mm. Les couches catalytiques 23 et 24 sont réalisées à partir d’une base de platine et présentent chacune une épaisseur de l’ordre de 0,001 à 0,010 mm, de préférence 0,002 à 0,005 mm. L’épaisseur de la membrane CCM 25 est, de préférence, compris entre 0,008 et 0,050 mm, de préférence de l’ordre de 0,017 mm.
On note π30 un plan d’appui des deux demi-cadres 32 et 34 l’un contre l’autre. Le plan π30 est également un plan médian du cadre 30 et il inclut l’axe longitudinal A2. Les deux demi-cadres 32 et 34 sont configurés pour emprisonner entre eux un bord périphérique 22a de la membrane 22 lorsqu’ils sont en appui l’un contre l’autre suivant le plan π30. Dans cette configuration, les demi-cadres 32 et 34 forment une zone, appelée aussi « chevauchement », entre la membrane 22 et les deux demi-cadres 32, 34. Le long de chaque bord longitudinal ou chaque bord transversal du cadre, le chevauchement présente une largeur par exemple incluse dans la gamme allant de 1 à 5 mm, préférentiellement dans la gamme allant de 2 à 4 mm.
La puce 36 comprend en outre des éléments 43 en matériau isolant, par exemple en le même matériau que la couche 38. Les éléments 43 sont situés sur la couche 38, plus précisément sur la face opposée à la face 40. Les éléments 43 ne recouvrent de préférence pas, même partiellement, les pistes 42. Les éléments 43 recouvrent certaines parties de la couche 38. Les éléments 43 ne recouvrent pas entièrement la couche 38. Les éléments 43 ont par exemple une épaisseur comprise entre 300 nm et 3 µm.
La puce 36 comprend une couche 44. La couche 44 est située sur la couche 38, sur les pistes 42 et sur les éléments 43. Plus précisément, la couche 44 recouvre la face opposée à la face 40 de la couche 38. La couche 44 a par exemple une épaisseur inférieure à 20 µm, par exemple sensiblement égale à 10 µm.
La couche 44 comprend des régions 46. Les régions 46 sont des régions conductrices. Les régions 46 sont en un matériau conducteur anodisable, de préférence en métal. Les régions 46 sont par exemple en aluminium ou en tantale. Chaque piste 42 est de préférence recouverte par, de préférence en contact avec, une région 46.
Les régions 46 s'étendent, au moins dans certaines parties de la couche 44, sur toute la hauteur de la couche 44. Les régions 46 s'étendent donc de la face supérieure de la couche 20, à la face supérieure de la couche 44. Chaque région 46 permet de continuer la liaison électrique de la piste 42 avec laquelle la région 46 est en contact.
Les régions 46 sont par exemple entourées par des régions 48 de la couche 44. Les régions 48 sont des régions isolantes. Les régions 48 sont en le matériau des régions 46, par exemple en aluminium, ayant été anodisées, par exemple de manière à obtenir de l'alumine. Les régions 48 sont ainsi des régions poreuses. Autrement dit, les régions 48 comprennent une pluralité de cavités, ou nanopores, non représentées, s'étendant par exemple sur toute la hauteur de la région 48.
Les régions 48 sont situées sur les éléments 43. De préférence, chaque élément 43 est au moins partiellement, par exemple majoritairement, recouvert par une région 48. De préférence, chaque région 48 recouvre un élément 43. Les éléments 43 et les régions 48 permettent de former une isolation latérale dans la couche 44.
La couche 44 comprend en outre une ou plusieurs des régions 50, dans lesquelles sont situés des condensateurs 18. Chaque région 50 comprend par exemple un unique condensateur 18. Dans l'exemple de la , la couche 44 ne comprend qu'un unique condensateur 18, et une seule région 50. Le condensateur 18 est un condensateur haute densité, c’est-à-dire un condensateur ayant une densité supérieure à 700 nF/mm^2, par exemple supérieure à 1 µF/mm^2.
La région 50 s'étend en regard d'une partie de la couche 38 non recouverte d'éléments 43. Ainsi, la région 50 n'est pas en regard, même partiellement, d'un élément 43. La région 50 s'étend depuis la face supérieure de la couche 44, c’est-à-dire la face la plus éloignée de la couche 38. La région 50 affleure donc la face supérieure de la couche 44. La région 50 ne s'étend par exemple pas jusqu'à la couche 38. De préférence, la hauteur de la région 50 est sensiblement égale à la hauteur des parties des régions 46 situées en contact avec les éléments 43. Ainsi, la région 50 est séparée de la couche 38, par exemple par une distance sensiblement égale à la hauteur des régions 43. De préférence, la région 50 est séparée de la couche 38 par une portion 52 conductrice, par exemple une couche en aluminium ou en un alliage comprenant de l'aluminium recouverte d'une couche en tungstène constituant une couche d'arrêt à l'anodisation de la région 50.
La région 50 est, comme les régions 48, en le matériau des régions 46, par exemple en aluminium, ayant été anodisées, par exemple de manière à obtenir de l'alumine. La région 50 comprend ainsi une pluralité de cavités non représentées, s'étendant par exemple sur toute la hauteur de la région 50. La densité de cavités dans la région 50 est par exemple supérieure à 40 cavités/µm^2.
Le condensateur 18 est un condensateur Métal-isolant-métal ou MIM. Le condensateur 18 comprend un empilement de couches, non représenté en , d'une couche isolante située entre deux couches conductrices, de préférence en métal. L'empilement de couches d'un condensateur 18 est situé de manière conforme sur la structure poreuse de la région 50.
Une couche inférieure de l'empilement du condensateur 18, c’est-à-dire une des couches conductrices, de préférence une couche métallique, s'étend de manière conforme sur la structure poreuse, et en particulier dans les cavités de la région 50. La couche inférieure d'un condensateur 18 recouvre, de préférence entièrement, la face supérieure de la région 50, les parois latérales des cavités, et le fond des cavités. La couche inférieure d'un condensateur 18 est donc en contact avec la portion 52.
Une couche intermédiaire de l'empilement d'un condensateur 18, c’est-à-dire la couche isolante, s'étend de manière conforme sur la couche inférieure. La couche intermédiaire s'étend dans les cavités. La couche intermédiaire recouvre de préférence entièrement la couche inférieure.
Une couche supérieure de l'empilement d'un condensateur 18, c’est-à-dire l'autre couche conductrice, par exemple en métal, s'étend de manière conforme sur la couche intermédiaire. La couche supérieure s'étend dans les cavités. La couche supérieure remplit par exemple les cavités. La couche supérieure recouvre de préférence entièrement la couche intermédiaire. La couche supérieure comprend par exemple une face supérieure plane s'étendant au-dessus de la face supérieure de la structure poreuse.
La couche 44 comprend par exemple une ou plusieurs régions 54 isolantes délimitant la région 50. La région 50 est entourée de régions 54. La région 50 est ainsi isolée latéralement du reste de la couche 44. La région 50 est de préférence directement en contact latéral avec les régions 54. Ainsi, la région 50 n'est de préférence pas séparée des régions 54 par d'autres régions de la couche 44. En particulier, la région 50 n'est de préférence pas séparée des régions 54 par des régions du matériau des régions 46 n'ayant pas été anodisé et n'étant pas poreux.
Les régions 54 sont des régions isolantes. Les régions 54 sont en le matériau de la couche 44, par exemple en aluminium ayant été anodisé, par exemple en alumine. Les régions 54 sont ainsi des régions poreuses. Autrement dit, les régions 54 comprennent une pluralité de cavités non représentées, s'étendant par exemple sur toute la hauteur de la région 54. De préférence, la hauteur des régions 54 est sensiblement égale à la hauteur de la région 50. Les régions 54 s'étendent depuis la face supérieure de la couche 44, c’est-à-dire la face la plus éloignée de la couche 38. Les régions 54 affleurent donc la face supérieure de la couche 44. Les régions 54 ne s'étendent par exemple pas jusqu'à la couche 38. Les régions 54 sont de préférence séparées de la couche 38 par la portion 52 conductrice.
La puce 36 comprend en outre des portions isolantes 56. Les portions isolantes 56 recouvrent partiellement la face supérieure de la couche 44. La puce 36 comprend en outre une piste conductrice 58 située sur la face supérieure de la couche 44 et de certaines portions 56. La piste 58 s'étend en particulier sur la face supérieure de la région 50, et plus précisément sur la couche supérieure de l'empilement du condensateur 18. De préférence, la piste 58 recouvre entièrement la face supérieure de la couche supérieure de l'empilement. La piste 58 permet la connexion entre une électrode du condensateur 18 et des éléments externes.
En variante, que le ressort 30 soit à rondelles ressort ou d’un autre type, on peut prévoir que le ressort 30 soit conçu pour que la valeur de l’effort presseur F30 du ressort 30 ne varie pas, ou varie très peu, pour une plage de valeurs d’allongement du ressort 30, plage ayant une certaine étendue autour de la valeur d’allongement obtenue lorsque la cartouche 1 est en configuration précontrainte. Cela peut notamment être obtenu par un ressort à rondelles ressort. On prévoit alors avantageusement que, une fois la cartouche 1 montée dans la pile 50 et est en configuration libérée, le ressort 30 est dans cette plage de valeurs d’allongement, pour que la valeur de l’effort presseur F30 ne varie pas, ou varie peu, malgré les variations dimensionnelles de l’empilement 51.
Les figures 7 à 9 montrent une cartouche 101, selon un deuxième mode de réalisation, en lien avec une pile à combustible 150, qui est identique à la pile 50 sauf que les cartouches 1 sont remplacées par les cartouches 101. La cartouche 101 est identique à la cartouche 1, hormis pour les différences discutées ci-dessous. Les mêmes signes de référence sont utilisés sur les figures 1 à 9 pour désigner des caractéristiques ou fonctions communes aux modes de réalisation des figures 1 à 6 et des figures 7 à 9. Des signes de référence augmentés de 100 sont utilisés sur les figures 7 à 9 pour désigner des caractéristiques différentes, mais assurant des fonctions similaires et/ou remplaçant des caractéristiques du mode de réalisation des figures 1 à 6.
Comme montré aux figures 7 et 8, la cartouche 101, comprend une embase 110, remplaçant l’embase 10, un pied 120, remplaçant le pied 20, un ressort 130, remplaçant le ressort 30, et système de maintien 40. La cartouche 101 présente un sens d’utilisation, en définissant une direction de compression X1, fixe par rapport à l’embase 110, et dirigée de l’embase 110 vers le pied 120. La cartouche 101 est géométriquement traversée par un axe central X10, parallèle à la direction de compression X1.
Comme la cartouche 1, la cartouche 101 est configurée pour basculer entre une configuration précontrainte, montrée sur les figures 7 et 8, et une configuration libérée, grâce au système de maintien 40.
L’embase 110 est identique à l’embase 10, sauf pour les différences mentionnées ci-après. En particulier, l’embase 110 présente une extrémité proximale 11, identique à celle prévue pour l’embase 10, une extrémité distale 12 identique à celle de la cartouche 1, une paroi périphérique 13, identique à celle prévue pour l’embase 10, et, de préférence, un conduit central 14 visible sur la , identique à celui de la cartouche 1. Ces éléments sont fixes les uns par rapport aux autres. L’axe X10 traverse les extrémités 11 et 12, l’extrémité 12 étant dans la direction X1 par rapport à l’extrémité 11. La paroi 13 entoure l’axe X10 et relie les extrémités 11 et 12. Le conduit central 14, s’il est prévu, traverse avantageusement l’embase depuis l’extrémité 11 jusqu’à l’extrémité 12 en étant centré sur l’axe X10.
De préférence, l’embase 110 comprend une tête d’actionnement 16 identique à celle de la cartouche 1 et la paroi périphérique 13 porte un filetage extérieur 17 identique à celui de la cartouche 1. Le pied 120 est coulissant par rapport à l’embase 110, en étant guidé dans ce coulissement par l’embase 10, suivant la direction X1. Pour cela, comme pour la cartouche 1, le pied 120 comprend par exemple une jambe de coulissement 21, reçue à coulissement dans un conduit de coulissement 18 formé par le conduit central 14. Comme pour la cartouche 1, le pied 120 de la cartouche 101 est conçu pour venir en appui, suivant la direction X1, contre une surface à presser, perpendiculaire à la direction X1, via un patin d’appui 22, identique à celui de la cartouche 1. Comme vu précédemment, la surface à presser est celle de l’empilement 51.
Le pied 120 diffère du pied 20 en présentant une manche 129, optionnelle, qui s’étend à partir de la périphérie du patin 22, en sens opposé de la direction X1. La manche 129 est de forme tubulaire, préférentiellement à base circulaire, centrée sur l’axe X10.
De préférence, le patin d’appui 22 de la cartouche 101 est de forme générale discoïde, comme celui de la cartouche 1.
Alors que, pour la cartouche 1, l’extrémité 12 termine l’embase 10, l’embase 110 de la cartouche 101 comprend en outre une jupe 119, qui prolonge l’embase 110 à partir de l’extrémité 12. La jupe 119 forme un rebord externe 181 et, optionnellement, une manche 182.
Le rebord externe 181 s’étend radialement vers l’extérieur, par rapport à l’axe X10, à partir de la paroi périphérique 13, en étant formé à hauteur de l’extrémité 12 suivant l’axe X10. Le rebord externe 181 s’étend préférentiellement sur toute la périphérie de l’embase 110.
Le rebord externe 181 forme un épaulement, tourné en sens opposé de la direction X1. Comme montré sur la , au cours de la fabrication de la pile 150, l’embase 110 peut venir en appui contre la paroi de support 61 en sens opposé de la direction X1, par l’intermédiaire du rebord 181, lorsque l’embase 110 est reçue dans l’orifice 64 dans une position reculée. En particulier, on prévoit que le rebord 181 vient alors en appui contre la face intérieure 69 de la paroi 61 lorsque l’embase 110 est en position reculée. Le rebord 181 permet d’assurer que la cartouche 101 ne puisse pas entièrement franchir l’orifice 64 en y étant insérée en sens opposé de la direction X1.
La présence du rebord externe 181, dépassant radialement vers l’extérieur par rapport à la paroi périphérique 13 et étant radialement plus grand que l’orifice 64, empêche avantageusement une insertion de la cartouche 101 dans l’orifice 64 suivant la direction X1, n’autorisant une insertion qu’en sens inverse de la direction X1, à partir de la face intérieure 69. Lorsque l’embase 110 est reçue dans l’orifice 64 en position d’accostage, le rebord externe 181 est distant de la paroi 61, en particulier de la face intérieure 69, suivant la direction X1.
La manche 182, si elle est prévue, s’étend suivant la direction X1 à partir de la périphérie du rebord externe 181. La manche 182 est de forme tubulaire, avantageusement à base circulaire, centrée sur l’axe X10. La manche 182 entoure, radialement par l’extérieur, le pied 120 et le ressort 130. La manche 182 entoure aussi la manche 129. On peut prévoir que la manche 182 contribue au guidage du coulissement du pied 120 suivant la direction X1, en ce que la manche 182 reçoit la manche 129 pour guider son coulissement suivant la direction X1. Le guidage en coulissement du pied 120 est ainsi amélioré. On peut prévoir que les manches 129 et 182, enfermant le ressort 130, ont une fonction de protection du ressort 130, notamment lorsque la cartouche 101 est en configuration précontrainte.
Contrairement à la cartouche 1, on peut prévoir que le patin d’appui 22 de la cartouche 101, ainsi que la manche 129, présentent un diamètre extérieur et/ou un encombrement radial, supérieur ou égal à celui de la paroi périphérique 13, puisque l’on prévoit que la cartouche 101 soit insérée dans l’orifice 64 exclusivement en sens opposé de la direction X1. En effet, il n’est pas nécessaire que le pied 120 franchisse l’orifice 64 durant l’insertion de la cartouche 101, le pied 120, ou au moins le patin 22 et la manche 129, restant du côté de la face intérieure 69.
Le ressort 130 assure la même fonction que le ressort 30, mais diffère en étant constitué par un empilement de rondelles ressort centré sur l’axe X10 plutôt qu’en étant constitué par un ressort hélicoïdal. Le ressort 130 prend appui sur l’embase 110 pour appliquer un effort presseur F30 sur le pied 120 suivant la direction X1, par élasticité du ressort 130. De préférence, le ressort 130 est un ressort qui agit en compression, suivant la direction X1. Le ressort 130, constitué de rondelles ressort, est configuré pour que la valeur de l’effort presseur F30 soit constante, ou varie peu, pour une plage de valeurs d’allongement du ressort 130. De préférence, lorsque la cartouche 101 est en configuration précontrainte et lorsque la cartouche 101 est en configuration libérée en étant installée dans la pile 150, la valeur d’allongement du ressort 130 est dans la plage où l’effort F30 dépend peu, ou n’est pas affectée par, une variation de la valeur d’allongement.
Afin d’appliquer l’effort F30 sur le pied 120 tout en prenant appui sur l’embase 110, on prévoit que, parallèlement à la direction X1, le ressort 130 est interposé entre l’extrémité distale 12 de l’embase 110 et le patin d’appui 22 du pied 120. Comme vu précédemment, l’extrémité 12 et le patin 22 forment respectivement des parois d’appui en regard l’une de l’autre, recevant chacune une extrémité respective appartenant au ressort 130. Le ressort 130 est par exemple disposé autour de la jambe de coulissement 21 du pied 120.
La formation de la puce 20 comprend de plus la formation d'un réseau d'interconnexion 24. La formation du réseau d'interconnexion comprend la formation de couches 26 isolantes, et la formation dans les couches 26 d'un réseau de pistes conductrices 30 et de vias conducteurs 28.
La formation du réseau d'interconnexion 24 comprend en outre la formation, au niveau de la face supérieure 34 de la puce 20, c’est-à-dire la face du réseau d'interconnexion la plus éloignée du substrat 22, de piste 32 affleurant la face supérieure du réseau 24. La face supérieure du réseau 24 est une face plane, adaptée au collage moléculaire.
La représente une autre étape d'un mode de mise en œuvre du procédé de la .
Au cours de cette étape, les puces 20 et 36 sont fixées l'une à l'autre par collage moléculaire hybride, par les faces planes 34 et 40. Ainsi, les pistes 32 et 42 sont placées en contact et la couche 26 supérieure de l'empilement du réseau 24 est placée en contact avec la face inférieure de la couche 38. De préférence, chaque piste 32 est placée en contact avec une piste 42.
Le collage moléculaire des puces 20 et 36 comprend une étape de recuit par exemple inférieure à 450 °C, par exemple sensiblement égale à 400 °C.
De plus, l'étape de la comprend le retrait de la poignée 66 et de la couche de fixation 68. Le retrait de la poignée 66 et de la couche de fixation 68 peuvent être effectués avant ou après l'étape de recuit, selon la composition, et le budget thermique de la colle.
La représente un mode de réalisation d'un autre dispositif 70 comprenant un condensateur proche d'un circuit électronique résultant d'un autre mode de mise en œuvre.
Le dispositif 70 de la comprend des éléments identiques au dispositif 16 de la qui ne seront pas décrits de nouveau en détail. En particulier, le dispositif 70 comprend : - une puce 20a, comprenant le substrat 22 dans et sur lequel sont formés des composants électroniques et le réseau d'interconnexion 24 ; - la puce 36a, comprenant la couche isolante 38, les régions 48, 50, 54, le condensateur 18, les portions 56 et la piste 58.
Le dispositif 70 diffère du dispositif 16 de la en ce que, dans le dispositif 70, les puces 36a et 20a sont fixées l'une à l'autre par collage oxyde/oxyde et non par collage hybride.
Ainsi, la puce 20a diffère de la puce 20 de la en ce que la face supérieure de la puce 20a, c’est-à-dire la face supérieure du réseau 24, c’est-à-dire la face de la puce 20a la plus éloignée du substrat 22, est adaptée au collage moléculaire oxyde/oxyde. Ainsi, la couche isolante 26 supérieure du réseau 24, c’est-à-dire la couche 26 la plus éloignée du substrat, ne comprend pas les pistes 42.
Ainsi, lors de la fabrication de la puce 20a, c’est-à-dire avant l'étape de collage moléculaire des puces 20a et 36a, la face supérieure de la puce 20a est entièrement formée d'oxyde, c’est-à-dire le matériau de la couche 26.
En outre, la puce 36a diffère de la puce 36 de la en ce que la couche 38 ne comprend pas de pistes 42. De plus, les portions 56 recouvrent par exemple toutes les régions 46.
Ainsi, lors de la fabrication de la puce 36a, c’est-à-dire avant l'étape de collage moléculaire des puces 20a et 36a, la face inférieure de la puce 20a, c’est-à-dire la face inférieure de la couche 38, est entièrement formée d'oxyde, c’est-à-dire le matériau de la couche 38.
Le dispositif 70 comprend des vias 72 conducteurs. Les vias 72 s'étendent de la puce 20a à la puce 36a. Plus précisément, chaque via 72 s'étend par exemple à partir d'une piste conductrice 32a enterrée dans le réseau 24. Une extrémité de chaque via 72 est par exemple en contact avec la face supérieure d'une piste 32a. Chaque via 72 s'étend de préférence jusqu'à la face supérieure de la puce 36a. De préférence, chaque via 72 traverse la couche 38 et un élément 43. De préférence, chaque via 72 traverse au moins partiellement, de préférence entièrement, une région 48. Chaque via 72 est ainsi séparé des régions 46 et des autres vias 72 par la couche 38, les éléments 43 et les régions 48. Les vias 72 sont reliés entre eux, aux condensateurs 18 ou à des éléments extérieurs au dispositif 70 par des éléments conducteurs. En particulier, un via 72 est relié à la piste 58. Autrement dit, une partie de la piste 58 s'étend jusqu'à, et est en contact avec, l'extrémité supérieure d'un via 72, c’est-à-dire l'extrémité affleurant la face supérieure de la région 48, c’est-à-dire l'extrémité opposée à l'extrémité située dans la puce 20a en contact avec les pistes 32a. Une première borne du condensateur 18 est ainsi reliée à un circuit de la puce 20 par l'intermédiaire de la piste 58, d'un via 72 et du réseau d'interconnexion 24.