Propriétés thermiques et piézorésistives d'encres sérigraphiables en couche épaisse : application aux capteurs de pression

Piezoresistive and thermal properties of thick-film screen printed inks : pressure sensors applications

• Auteur / Autrice : Marie-Hélène Lefort
• Direction : Bernard Jouffrey
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, céramique et verre
• Date : Soutenance en 1997
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne1998-2021)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs de pression

Matériaux piézoélectriques

Mots clés libres

Capteur mesure

Encre

Sérigraphie

Couche épaisse

Résumé

La technologie couche épaisse consiste a sérigraphier des encres isolante, conductrice ou résistive sur un support céramique puis à les fritter a haute température. Ces encres sont des poudres d'oxydes noyées dans un liquide (liants et solvants). Pour les encres résistives, ce sont des mélanges d'oxydes conducteurs de types, RuO2, (Pb ou Bi)2 Ru2 O7-x et isolants. Soumises à une déformation mécanique, elles montrent une grande variation résistive. Nous avons voulu mieux comprendre le phénomène de piézorésistivité observé et maitriser les propriétés de ce type de jauges, utilisées dans les capteurs de pression afin d'en améliorer les performances. Avant tout, nous avons étudié la composition d'encres industrielles. Des examens au MEB et des analyses par diffraction X précisent l'état granulaire, la structure cristalline et la composition de celles-ci. Leur frittage, de 25 à 900C°, a été étudié. Ensuite, les signaux délivrés par ces jauges, groupées en pont de Wheatstone et soumises a la déformation ont été mesurés. Nous avons établi un modèle reliant les coefficients de piézorésistivité de Bridgman, le facteur de jauge et le signal obtenu. Après le choix de l'encre industrielle optimum, des capteurs de pression, calcules par la méthode des éléments finis et présentant d'excellentes propriétés métrologiques, ont été réalisés. Puis, les modifications des propriétés électriques d'encres, dues à la variation de l'oxygène présent lors du frittage, ont montre qu'en plus des effets dus aux conductions métallique, tunnel et de saut d'électrons, leur conductivité dépend aussi de leur non-stœchiométrie et suit une loi de puissance 1/5. A partir de l'identification précédente des oxydes nécessaires à la fabrication d'une encre piézorésistive, nous avons réalisé une nouvelle encre, avec des oxydes de proportion et de granulométrie connues. Des résultats métrologiques satisfaisants sont obtenus.