CH721009B1 - Structure électrothermique multicouche flexible - Google Patents

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CH721009B1
CH721009B1 CH001127/2023A CH11272023A CH721009B1 CH 721009 B1 CH721009 B1 CH 721009B1 CH 001127/2023 A CH001127/2023 A CH 001127/2023A CH 11272023 A CH11272023 A CH 11272023A CH 721009 B1 CH721009 B1 CH 721009B1
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substrate
electronic assembly
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CH001127/2023A
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Formigé Pierre-Noël
Herrmann Alexis
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Graphenaton Tech Sa
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Abstract

L'invention concerne une structure électrothermique multicouche (800), flexible, planaire, ayant une face avant destinée à laisser passer des rayons infrarouges et une face arrière opposée à la face avant, la structure comportant, de surcroit, au moins un ensemble électronique (840), ledit ensemble (840) électronique comprenant une couche électrothermique (830) comportant de l'encre conductrice comportant du graphène et un adjuvant de type élastomère et au moins deux électrodes (845), ledit graphène de la couche électrothermique (830) étant en contact électrique avec les électrodes (845). L'ensemble électronique (840) est encapsulé entre un substrat (801) comportant au moins une couche polymérique de substrat (810) et au moins une couche polymérique de passivation (820), le substrat (801) et ladite au moins une couche polymérique de passivation étant collés, chacun à une face respective de l'ensemble électronique (840), par une couche adhérente (898). La structure multicouche (800) comporte une couche réfléchissante (899) située du côté de la deuxième face arrière, pour renvoyer des rayons infrarouges de la face arrière vers la face avant, ladite couche réfléchissante étant une couche déposée par un procédé chimique en phase vapeur assistée par plasma.

Description

DOMAINE TECHNIQUE
[0001] La présente invention porte sur des films chauffants par résistance ohmique. Plus particulièrement, l'invention concerne des éléments chauffants ayant une surface s'étendant essentiellement dans deux dimensions dans lesquels le conducteur est monté sur une base isolante et recouvert d'un matériau isolant.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
[0002] Il existe des films chauffants comportant une couche électrothermique entre deux couches isolantes. Ces films peuvent être posés contre un mur ou dans un sol, par exemple, pour être utilisé comme film chauffant. Les films chauffants qui contiennent du graphène comme élément chauffant émettent la chaleur par rayonnement infrarouge. Un but de la présente invention est d'améliorer le rendement d'un tel film chauffant.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
[0003] Selon un premier aspect, une structure électrothermique multicouche, flexible, planaire, ayant une première face avant destinée à laisser passer des rayons infrarouges et une deuxième face arrière opposée à la première face avant, ladite structure comportant au moins un ensemble électronique est proposée, ledit ensemble électronique comprenant: une couche électrothermique comportant de l'encre conductrice comportant du graphène et un adjuvant de type élastomère; et au moins deux électrodes; ledit graphène de la couche électrothermique étant en contact électrique avec les électrodes; ladite couche électronique étant encapsulée entre un substrat comportant au moins une couche polymérique de substrat et au moins une couche polymérique de passivation; caractérisée en ce que : le substrat et la au moins une couche de passivation sont collés, chacun à une face respective de l'ensemble électronique, chacun par une couche adhérente.
[0004] La structure multicouche comporte une couche réfléchissante située du côté de la deuxième face arrière, pour renvoyer des rayons infrarouges de la face arrière vers la face avant, la couche réfléchissante étant une couche déposée par un procédé chimique en phase vapeur assisté par plasma.
[0005] Selon un deuxième aspect, un film chauffant comportant la structure décrit dessus est proposé.
[0006] Un procédé de fabrication de la structure multicouche décrit plus haut peut être proposé, dans lequel les couches adhérentes sont déposées par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma dans un environnement sous pression atmosphérique.
[0007] Ainsi, le même procédé peut être employé pour coller l'encre conductrice à la couche polymérique de substrat et la couche comportant les électrodes à la couche polymérique de passivation, ainsi que pour coller deux couches polymériques ensemble.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS
[0008] Les caractéristiques de l'invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description de plusieurs formes d'exécution données uniquement à titre d'exemple, nullement limitative en se référant aux figures schématiques, dans lesquelles: – La Figure 1 et la Figure 3 montrent les différentes couches qui peuvent être présentes dans une structure électrothermique multicouche de l'art antérieur; – La Figure 2 illustre un schéma électronique équivalent de la couche électrothermique d'une structure électrothermique multicouche de l'art antérieur ou d'une structure électrothermique multicouche selon un mode de réalisation de la présente invention; – La Figure 4 montre les différentes couches qui peuvent être présentes dans une structure électrothermique multicouche selon un mode de réalisation de la présente invention ; – La Figure 5 montre les différentes couches qui peuvent être présentes dans une structure électrothermique multicouche selon un autre mode de réalisation de la présente invention ; – La Figure 6 montre les différentes couches présentes, avec du détail de la couche conductrice, montrant les électrodes et la couche électrothermique ainsi que les couches adhérentes, d'une structure multicouche sans couche réfléchissante ; – La Figure 7 montre les différentes couches présentes, avec du détail de la couche conductrice, montrant les électrodes et la couche électrothermique ainsi que les couches adhérentes, d'une autre structure multicouche sans couche réfléchissante ; – La Figure 8 montre les différentes couches présentes, avec du détail de la couche conductrice, montrant les électrodes et la couche électrothermique ainsi que les couches adhérentes, d'une autre structure multicouche avec une couche réfléchissante.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
[0009] La présente invention concerne une structure électrothermique multicouche flexible. La structure est sensiblement planaire, de préférence longiforme, s'étendant dans deux dimensions sur une longueur et une largeur, la longueur étant, de préférence, plusieurs fois plus importantes que la largeur.
[0010] La structure est une structure électronique dans le sens qu'elle peut comporter des composants ou circuits électroniques, ces circuits ou composant étant soit positionnés ou déposés, soit imprimés par un procédé de sérigraphie, par exemple. Selon la fonctionnalité requise, ces circuits ou composants peuvent être des résistances, des capacités, des diodes, des selfs, des transistors ou des capteurs de différents types, par exemple.
[0011] La structure peut comporter un matériau électrothermique pour produire de la chaleur ou du froid. Le matériau électrothermique peut être réalisé en une seule pièce, avec une d'entrée de courant et une de sortie de courant qui peuvent être reliées, au niveau de la structure multicouche, à une borne d'entrée de courant et une borne de sortie de courant, respectivement. Le matériau électrothermique peut aussi être en plusieurs bandes reliées entre elles pour créer l'élément électrothermique. La structure peut comporter une couche conductrice comprenant des tracées conductrices pour lier les composants et / ou les éléments électrothermiques ensemble pour faire un ou plusieurs circuits électriques. Par exemple, la couche conductrice pourrait avoir des électrodes pour connecter l'entrée et la sortie de courant à la borne d'entrée et la borne de sortie de la structure, respectivement, ainsi que des tracées ou pistes pour connecter plusieurs bandes de matériau électrothermique pour faire l'élément électrothermique.
[0012] La partie électronique des structures électroniques multicouches flexibles est située sur une ou plusieurs couches entre un substrat et une passivation, le substrat et la passivation étant des isolants électriques, par exemple un polymère. La passivation et le substrat peuvent comporter chacun deux couches du polymère collées ensemble. La structure est donc étanche à l'air et à l'eau, électriquement isolante et résistante mécaniquement contre les griffures et / ou des coupures. Les deux couches de polymère peuvent être collées ensemble par l'intermédiaire d'une couche d'adhésif sensible à la pression (PSA) qui comporte une couche adhérente (898) comportant du carbone, du silicium, de l'oxygène et de l'hydrogène, préférablement du PDMS. Le PDMS est préférablement déposée par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur activé par plasma dans un environnement sous pression atmosphérique, mais d'autres moyens sont aussi possibles. Toutes les couches adhérentes peuvent aussi être faites par une colle appliquée en phase liquide comprenant un solvant, par exemple une colle en polyuréthane.
[0013] La colle peut être réalisée par un film constitué de polymère composé de trois couches, soit une couche centrale et deux couches extérieures, une de chaque côté de la couche centrale. Les deux couches extérieures ont une température de ramollissement qui est sensiblement plus basse que la température de ramollissement de la couche centrale. Ainsi, lorsque les trois couches formant la colle sont chauffées à une température qui est suffisamment haute pour ramoliir les couches extérieures mais pas assez haute pour ramoliir la couche centrale, les couches extérieures de polymère se comportant comme une colle thermofusible, alors que la couche centrale stable servant de support, le tout étant suffisamment rigide pour accepter le complexage. Ainsi il est possible de réaliser la fonctionne de colle désirée avec des polymères, sans utiliser de solvants. Le fonctionnement de la colle a lieu grâce aux différentes caractéristiques de thermofusibilité engendré par les couches polymériques extérieures de la colle par rapport aux celles de la couche polymérique centrale.
[0014] La colle peut être réalisée par un polymère composé de trois couches: une couche centrale d'environ 9 micromètres d'épaisseur et ayant une température de ramollissement de 100 degrés Celsius, ladite couche centrale ayant de chaque côté une couche extérieure, soit deux couches extérieures d'environ 8 micromètres d'épaisseur qui ont une température de ramollissement d'environ 80 degrés Celsius. Des matières thermofusibles à base d'éthylène-acétate de vinyle (EVA) sont connues. Ces matières sont solides à température ambiante et peuvent fondre ou ramoliir à différentes températures selon leurs compositions, les rendant compatibles pour une utilisation comme colle polymérique à trois couches contenant aucun solvant.
[0015] Selon un mode de réalisation, le substrat et/ou la au moins une couche polymérique de passivation peuvent comporter un matériau polymère flexible tel que le polyéthylène téréphtalate (PET). D'autres polymères sont également possible, par exemple le polyéthylène (PE), le polypropylène (PP), le polychlorure de vinyle (PVC), le PVC souple (PVC-P), le polystyrène (PS), le polycarbonate (PC), le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polyoxyméthylène (POM), le polyester, le co-polyester, la polyétheréthercétone (PEEK), le polyamide, notamment le polyamide 6 (PA6), le polyamide 12 (PA12), le polyamide 10, le polyamide 610, le polyamide 66, le polyamide à base de constituants aliphatiques et cycloaliphatiques tels que notamment MACM12 ou le co-polyamide amorphe, de préférence à base de PA12, ou des copolymères ou mélanges de ceux-ci.
[0016] La couche adhérente peut aussi être utilisée pour faire coller la couche électrothermique, soit le graphène, sur une couche de polymère, soit sur la couche polymérique de substrat, soit la couche polymérique de passivation. Ceci évite de devoir utiliser une couche d'apprêt. La couche adhérente peut aussi être employée pour faire coller la couche comprenant les électrodes et une couche isolante, soit une couche polymérique de substrat, soit une couche polymérique de passivation. De ce fait, le même type de procédé est utilisé pour le collage de plusieurs des couches.
[0017] L'encre conductrice est préparée en mélangeant du graphène avec des résines et / ou des solvants. Lorsque l'encre de graphène contient des solvants, ces solvants sont de nature alcoolique, ainsi réduisant, voire éliminant, le risque de pollution environnementale dans le cas où l'encre se trouverait libérée accidentellement dans l'environnement ou lors de l'élimination de l'encre en fin de vie du film chauffant si ces résines et / ou solvants comportaient des substances de nature autre qu'alcoolique, comportant alors des ingrédients qui seraient nocifs ou dangereux.
[0018] Les films chauffants selon l'invention étant des films flexibles, pour prévenir des éventuels craquellements de l'encre conductive séchée, selon un mode de réalisation, un adjuvant élastomère est inclus dans le mélange d'encre conductive.
[0019] La structure multicouche comporte une face avant et une face arrière, opposée à la face avant. La face avant est destinée à laisser passer des rayons infrarouges, de préférence des rayons infrarouges lointains. L'élément électrothermique, en se chauffant sous l'effet du passage d'un courant, se met à émettre de la radiation infrarouge lointain. Pour améliorer le rendement, une couche réflectrice est utilisée pour que les rayons infrarouges soient émis par la face avant de la structure. Pour ce faire, une couche réfléchissante est insérée entre la couche électrothermique et la face arrière de la structure multicouche. La couche réfléchissante peut être une couche métallique, par exemple une couche d'aluminium. La couche réfléchissante peut se trouver entre les deux couches polymériques de passivation. La couche réfléchissante peut aussi être entre les deux couches polymériques de substrat. La couche réfléchissante aide à faire en sorte que les rayons infrarouges passent par la face avant et qu'ils soient réfléchies pour empêcher qu'ils passent par la face arrière.
[0020] Un procédé dit „cross-linking“ peut être employé pour métalliser une couche polymérique pour créer la couche réfléchissante de la structure multicouche. Ce même procédé peut être employé pour réaliser un film polymérique métallisé pour d'autres usages tels que pour embailer des produits comestibles pour les protéger de l'humidité et l'oxygène de l'atmosphère, ainsi prolongeant leur durée de conservation.
[0021] La figure 8 montre un empilement de couches présent dans une structure électrothermique multicouche 800 selon un mode de réalisation de la présente invention. La structure 800 comporte au moins une couche de passivation 820 et au moins une couche de substrat 810. Dans cet exemple, la structure comporte deux couches de passivation 820, 821 collés 898 entre elies et deux couches de substrat 810, 811. Entre le substrat et la passivation il y a la couche électrothermique 830 et la couche conductrice 840 avec ses électrodes 845. La structure de la figure 8 est configurée pour que les rayons infrarouges émis par la couche électrothermique passent par la face avant, soit par la passivation. Ces rayons sont ceux qui passent directement de la couche électrothermique via la passivation et ceux qui partent vers la face arrière de la structure et qui sont réfléchis vers la face avant grâce à la présence de la couche réfléchissante 870 située entre la couche électrothermique 830 et le substrat. La couche réfléchissante peut comporter du métal, par exemple une feuille d'aluminium. Dans cet exemple, la couche réfléchissante 870 se trouve entre les deux couches de substrat 810, 811.
[0022] La couche réfléchissante est collée entre les deux couches polymériques de substrat. Préférablement, un procédé de cross-linking est utilisé pour réaliser le collage de la couche réfléchissante aux couches polymériques de substrat. Ce procédé de cross-linking utilise des atomes du silicium pour créer une liaison chimique entre des atomes de carbone d'une couche polymère de substrat et la couche réfléchissante. La couche réfléchissante peut contenir de l'aluminium, par exemple. Ledit cross-linking peut être réalisé par une ou plusieurs réactions chimiques de produits déposés chimiquement en phase vapeur assisté par plasma. Les produits qui peuvent être introduits inclut le silicium, l'azote, l'hydrogène, l'oxygène ou l'argon, par exemple.

Claims (5)

1. Structure électrothermique multicouche (800), flexible, planaire, ayant une première face avant destinée à laisser passer des rayons infrarouges et une deuxième face arrière opposée à la face avant, la structure comportant, de surcroit, au moins un ensemble électronique (840), ledit ensemble électronique (840) comprenant: une couche électrothermique (830) comportant de l'encre conductrice comportant du graphène et un adjuvant de type élastomère; et au moins deux électrodes (845) ; ledit graphène de la couche électrothermique (830) étant en contact électrique avec les électrodes (845) ; ledit ensemble électronique (840) étant encapsulé entre un substrat (801) comportant au moins une couche polymérique de substrat (810) et au moins une couche polymérique de passivation (820) ; le substrat (801) et la au moins une couche de passivation étant collés, chacun à une face respective de l'ensemble électronique (840), chacun par une couche adhérente (898); caractérisée en ce que: la structure multicouche (800) comporte une couche réfléchissante (899) située du côté de la deuxième face arrière, pour renvoyer des rayons infrarouges de la face arrière vers la face avant, ladite couche réfléchissante étant une couche déposée par un procédé chimique en phase vapeur assisté par plasma.
2. Structure selon la revendication 1, dans laquelle la couche réfléchissante comporte de l'aluminium.
3. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le substrat et / ou la au moins une couche de passivation comportent du polyéthylène téréphtalate PET; du polyéthylène PE; du polypropylène PP; du polychlorure de vinyle PVC; du PVC souple PVC-P; du polystyrène PS; du polycarbonate PC; du polyméthacrylate de méthyle PMMA; du polyoxyméthylène POM; du polyester; du co-polyester; du polyétheréthercétone PEEK ou du polyamide, notamment le polyamide 6 PA6, le polyamide 12 PA12, le polyamide 10, le polyamide 610, le polyamide 66, le polyamide à base de constituants aliphatiques et cycloaliphatiques tels que notamment MACM12 ou le co-polyamide amorphe, de préférence à base de PA12, ou des copolymères ou mélanges de ceux-ci.
4. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les électrodes comportent du cuivre, de l'or, de l'argent, du nickel ou du platine.
5. Film chauffant comportant une structure électrothermique multicouche selon l'une des revendications 1 à 5.
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