FR2988911A1 - Plaque incurvee et son procede de fabrication - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de formation d'au moins une plaque incurvée comportant une première et une deuxième couche, la première couche étant formée en un premier matériau et la deuxième couche étant formée en un deuxième matériau, le procédé comprenant les étapes suivantes : former un ou plusieurs blocs d'un matériau fusible sur une surface d'un substrat (200) ; cuire lesdits un ou plusieurs blocs pour déformer leur forme ; et déposer les premier et deuxième matériaux sur lesdits un ou plusieurs blocs déformés (204', 206', 208') pour former les première et deuxième couches.

Description

B11532 - 11-GR3-09011R01 1 PLAQUE INCURVÉE ET SON PROCÉDÉ DE FABRICATION Domaine de l'invention La présente invention concerne une plaque incurvée et un procédé de fabrication d'une plaque incurvée. En particulier, la présente invention concerne une plaque incurvée comportant deux couches superposées et un procédé pour sa fabrication. Arrière plan de l'invention Les plaques bimétalliques sont des plaques relativement petites comportant deux ou plusieurs couches constituées de métaux différents. Par exemple, les métaux ont des coefficients de dilatation thermique différents. Ainsi, dans des conditions de température variables, la forme de la plaque bimétallique change. La figure 1 illustre un exemple de plaque bimétallique incurvée 100 dans deux états différents. La plaque bimétallique 100 comprend une première couche 102 d'un premier métal, et une deuxième couche 104 d'un deuxième métal. Les première et deuxième couches ont des coefficients de dilatation thermique différents.

La plaque bimétallique 100 représentée sur la gauche en figure 1 suppose une température Ti de la plaque, qui est par exemple une température d'environ 50°C, et amène la plaque B11532 - 11-GR3-0901bR01 2 bimétallique à prendre la forme d'une arche, ses extrémités opposées 106 s'incurvant vers le bas, et une partie centrale s'incurvant vers le haut. La plaque bimétallique 100 représentée sur la droite en figure 1 suppose une température T2 de la plaque, qui est par exemple la température ambiante d'environ 20°C qui amène la plaque bimétallique à prendre la forme d'une arche inversée, ses extrémités opposées 106 s'incurvant vers le haut, et sa partie centrale s'incurvant vers le bas.

Des plaques bimétalliques comme la plaque 100 de la figure 1 peuvent être utilisées dans diverses applications, comme des thermostats ou d'autres formes de commutateurs activés de façon thermique. Plus récemment, on a proposé d'utiliser de tels éléments dans des dispositifs de récupération d'énergie, qui convertissent l'énergie thermique en énergie électrique. Un procédé qui peut être utilisé pour former une plaque incurvée telle que la plaque bimétallique 100 de la figure 1 implique par exemple l'emboutissage de deux feuilles métalliques conjointement avec la forme souhaitée.

Dans certaines applications, y compris dans les dispositifs de récupération d'énergie, il est souhaitable d'avoir des plaques incurvées de très petites dimensions, de l'ordre de quelque dizaines de micromètres ou même seulement quelques micromètres. Cependant, le procédé d'emboutissage indiqué précédemment n'est pas adapté à la fabrication de plaques incurvées ayant de très petites dimensions. Résumé Un objet de modes de réalisation de la présente invention est de résoudre partiellement un ou plusieurs besoins 30 de l'art antérieur. Selon un aspect, on prévoit un procédé pour former au moins une plaque incurvée comportant une première et une deuxième couche, la première couche étant formée en un premier matériau et la deuxième couche étant formée en un deuxième 35 matériau, le procédé comprenant les étapes suivantes : former un B11532 - 11-GR3-0901bE01 3 ou plusieurs blocs en un matériau fusible sur une surface d'un substrat ; cuire lesdits un ou plusieurs blocs pour déformer leur forme ; et déposer les premier et deuxième matériaux sur lesdits un ou plusieurs blocs déformés pour former les première et deuxième couches. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre, après le dépôt des premier et deuxième matériaux, une gravure sélective d'au moins une région des première et deuxième couches pour délimiter ladite au moins une plaque incurvée.

Selon un autre mode de réalisation, l'étape de cuisson transforme lesdits un ou plusieurs blocs en un ou plusieurs monticules, et chacune desdites au moins une plaque incurvée est délimitée en étant centrée sur une crête d'un des monticules correspondants.

Selon un autre mode de réalisation, l'étape de cuisson transforme lesdits un ou plusieurs blocs en un ou plusieurs monticules, et chacune desdites au moins une plaque incurvée est délimitée en étant centrée dans un creux entre deux monticules adjacents.

Selon un autre mode de réalisation, l'étape de gravure délimite une pluralité de plaques incurvées, chacune étant fixée par au moins un doigt de connexion à au moins une autre plaque incurvée. Selon un autre mode de réalisation, au moins deux des 25 blocs sont séparés par un espace, et la cuisson déforme la forme desdits un ou plusieurs blocs de telle sorte que leurs bords se contactent. Selon un autre mode de réalisation, ladite au moins une plaque incurvée a une largeur et/ou une longueur de 50 pm ou 30 moins. Selon un autre mode de réalisation, la plaque incurvée a une largeur et/ou une longueur de 5 pin ou moins. Selon un autre mode de réalisation, ladite au moins une plaque incurvée a l'une des formes suivantes : rectan35 gulaire ; circulaire ; hexagonale ; ou annulaire.

B11532 - 11-GR3-0901FR01 4 Selon un autre aspect, on prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif de récupération d'énergie pour convertir de l'énergie thermique en énergie électrique, le procédé comprenant la formation d'au moins une plaque incurvée selon le procédé susmentionné, et la formation d'au moins une couche piézoélectrique sur une surface du dispositif de récupération d'énergie. Selon un autre aspect, on prévoit une plaque incurvée comportant des première et deuxième couches superposées, la 10 première couche étant formée en un premier matériau et la deuxième couche étant formée en un deuxième matériau, la plaque incurvée ayant une largeur et/ou une longueur de 50 fun ou moins. Selon un mode de réalisation, la plaque incurvée a une largeur et/ou une longueur de 5 fun ou moins. 15 Selon un autre mode de réalisation, le premier matériau a un premier coefficient de dilatation thermique, et le deuxième matériau a un deuxième coefficient de dilation thermique différent du premier coefficient de dilation thermique. 20 Selon un autre mode de réalisation, la plaque incurvée est une plaque bimétallique, le premier matériau étant un premier métal et le deuxième matériau étant un deuxième métal. Selon un autre mode de réalisation, on prévoit un dispositif de récupération d'énergie comprenant une pluralité 25 des plaques incurvées susmentionnées. Selon un autre mode de réalisation, chaque plaque incurvée comprend une couche de matériau piézoélectrique formée sur elle. Selon un autre mode de réalisation, chaque plaque 30 incurvée est abritée dans une cavité comprenant au moins une paroi formée sur une couche piézoélectrique. Brève description des dessins Les objets, caractéristiques, aspects et avantages susmentionnés, et d'autres, apparaîtront clairement à la lecture 35 de la description détaillée de modes de réalisation, donnée à B11532 - 11-GR3-0901n.(01 titre d'illustration et non de limitation, en référence aux dessins joints, dans lesquels : la figure 1 (décrite précédemment) illustre un exemple de plaque bimétallique incurvée ; 5 les figures 2A à 2G sont des vues en coupe illustrant divers stades d'un procédé pour former des plaques incurvées selon un exemple de réalisation ; les figures 3 et 4 sont des vues en coupe illustrant chacune l'étape de procédé de la figure 2F selon des variantes 10 de réalisation ; les figures 5 et 6 illustrent chacune, en vue à plat, une matrice de plaques incurvées selon des exemples de réalisation ; la figure 7A illustre un dispositif de récupération 15 d'énergie thermique selon un exemple de réalisation ; la figure 7B est un graphe représentant des exemples de niveaux de contrainte présents dans une plaque incurvée selon un exemple de réalisation ; la figure 7C illustre une pluralité de plaques 20 incurvées formant un dispositif de récupération d'énergie thermique selon un exemple de réalisation ; et les figures 8 et 9 sont des vues en coupe illustrant des dispositifs de récupération d'énergie thermique selon des exemples de réalisation. 25 On notera que les structures illustrées dans les diverses figures ne sont pas représentées à l'échelle, l'épaisseur de certaines couches étant en particulier représentée agrandie de façon disproportionnée pour faciliter la représentation. 30 En outre, dans la description suivante, des orientations relatives telles que "surface supérieure" et "surface inférieure" sont supposées s'appliquer lorsque la structure correspondante est orientée de la façon représentée dans les dessins.

B11532 - 11-GR3-0901H.Z01 6 Description détaillée Les figures 2A à 2G sont des vues en coupe illustrant une structure à diverses étapes dans un procédé de formation de plaques incurvées, comme la plaque bimétallique 100 de la figure 1 La figure 2A illustre une première vue dans laquelle un substrat 200, comme un substrat de silicium, comporte, formé sur lui, une couche 202 d'un matériau fusible, comme de la résine. Un matériau fusible est un matériau capable de fondre.

Comme cela apparaîtra clairement ci-après, la couche 202 peut aussi par exemple être utilisée comme couche résistante pendant une étape de photolithographie. Par exemple, le matériau utilisé pour la couche 202 est un matériau qui devient soluble dans une solution de développement après avoir été exposé à de la lumière ultraviolette ou à un faisceau d'électrons. Par exemple, la couche 202 est une résine photosensible de microlentilles ou un autre type de résine. L'épaisseur de la couche 202 va dépendre des dimensions et de l'étendue de la courbure des plaques incurvées à 20 former et est par exemple comprise entre 1 et 200 Une étape de photolithographie est ensuite utilisée pour diviser la couche 202 en blocs. Par exemple, la couche 202 est photosensible, et est exposée à de la lumière ultraviolette représentée en figure 2A par des flèches, par l'intermédiaire 25 d'un masque (non illustré). La couche 202 est ensuite développée en utilisant une solution de gravure, retirant ainsi les parties exposées. Dans des variantes de réalisation, on pourrait utiliser un faisceau d'électrons plutôt que de la lumière ultraviolette. En outre, il serait aussi possible d'utiliser une 30 résine séparée déposée sur la couche 202 et développée pendant l'étape de photolithographie pour diviser la couche 202 en blocs. La figure 2B illustre la structure résultante, comportant par exemple trois blocs 204, 206 et 208 restants de la 35 couche 202. Les blocs 204 à 208 ont par exemple chacun une B11532 - 11-GR3-0901FR01 7 épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur de la couche 202, par exemple comprise entre 1 et 200 pm, et une longueur correspondant à la direction gauche-droite en figure 2B, comprise entre 1 et 1000 pin. La largeur des blocs 204 à 208, qui n'est 5 pas représentée en figure 2B, est par exemple aussi comprise entre 1 et 1000 fun. Par exemple, les blocs ont une longueur et une largeur égales entre elles. Dans certains modes de réalisation, les blocs 204 à 208 sont rectangulaires en vue à plat (vue non représentée dans les figures), bien qu'on puisse 10 utiliser de nombreuses autres formes, comme une forme circulaire ou annulaire. Dans une étape suivante, on utilise un processus de reflux pour altérer la forme des blocs 204, 206, 208 d'une section relativement rectangulaire vers une forme plus arrondie. 15 La figure 2C illustre un exemple de monticules 204', 206' et 208' résultant de la fusion des blocs 204, 206 et 208, respectivement, pendant le processus de reflux. En particulier, les blocs 204 à 208 ont été cuits, par exemple en plaçant le substrat 200 sur une plaque chaude ou dans un four, de sorte 20 qu'au moins une partie de la matière formant les blocs 204 à 208 fonde. Les monticules résultants 204', 206', 208' ont par exemple une forme de dôme ou une forme similaire. Par exemple, la température de cuisson est comprise entre 150°C et 250°C. La durée de cuisson est par exemple comprise entre 10 et 500 25 secondes. Après le refroidissement, les monticules 204' à 208' conservent la forme modifiée illustrée en figure 2C. En fonction de la durée et/ou de la température du processus de cuisson, la forme résultante des monticules 204' à 208' peut être contrôlée pour devenir plus ou moins sphérique. 30 En particulier, plus le processus de cuisson est long et plus la température de cuisson est élevée, plus la matière des blocs 204 à 208 va couler, et plus les tensions de surface vont provoquer une forme semi-sphérique pour les monticules résultants. Par exemple, le processus de reflux utilisé pour 35 former les monticules 204' à 208' correspond à un processus de B11532 - 11-GR3-09011fR01 8 reflux utilisé pour former des microlentilles sur une base de substrats de silicium, comme cela est par exemple décrit dans la publication intitulée "Study of mechanisms involved in photoresist microlens formation", S. Odrain et al., disponible sur www.signsdirect.com, dont le contenu est considéré ici comme connu. Dans un tel procédé de microlentilles, les microlentilles vont correspondre aux monticules 204' à 208'. La figure 2D illustre la structure après des étapes ultérieures dans lesquelles des couches 210 et 212 des matériaux des plaques incurvées sont déposés sur le substrat et sur les monticules 204' à 208'. Optionnellement, avant le dépôt des couches 210, 212, un dépôt d'oxynitrure de silicium est réalisé sur le substrat 200 et sur les monticules 204' à 208'. Par exemple, afin de former des plaques bimétalliques telles que les plaques 100 de la figure 1 décrites précédemment, les deux couches 210, 212 sont en métal. Par exemple, la couche 210 est en TiN et la couche 212 est en aluminium, ou vice versa. D'autres métaux pourraient être utilisés pour l'une ou l'autre des couches 210, 212, comprenant le cuivre, le tungstène, le titane, le platine ou tout autre alliage tel que FeNi. Dans certains modes de réalisation, l'une ou l'autre ou les deux couches 210, 212 pourraient être réalisées en un matériau non métallique. Le dépôt est par exemple réalisé par un procédé de dépôt en phase vapeur (PVD). Par exemple, le procédé PVD est réalisé à environ 200°C ou moins. Chacune des couches 210, 212 a par exemple une épaisseur comprise entre 100 nm et 20 La figure 2E illustre la structure pendant une étape de photolithographie suivante. Par exemple, une couche résistante photosensible 214 est déposée sur la couche métal- ligue 212, et un masque (non illustré) est utilisé pour exposer certaines régions de la couche photorésistante 214 à de la lumière ultraviolette. Les régions non exposées, qui correspondent par exemple à une zone rectangulaire sur la crête de chaque monticule 204' à 208', correspondent à la forme des B11532 - 11-GR3-0901FR01 9 plaques incurvées comme cela va être expliqué plus en détail ci-après. La figure 2F illustre la structure après une étape suivante dans laquelle la couche résistante photosensible 214 5 est développée, et les parties restantes sont utilisées comme matériau résistant pendant une étape suivante de gravure des couches métalliques 210, 212. Ainsi, les régions des couches métalliques 210, 212 qui restent forment les plaques incurvées 216. Dans l'exemple de la figure 2F, en raison du positionnement 10 du masque, chacune des plaques incurvées est centrée sur la crête d'un monticule correspondant 204' à 208'. La figure 2G illustre les plaques incurvées 216 après le retrait des monticules 204', 206', 208' et des parties restantes de la couche résistante 214, par exemple par gravure 15 humide ou sèche. Dans cet exemple, trois plaques incurvées 216 sont représentées formées, mais il sera clair pour l'homme de l'art que le même procédé pourrait être utilisé pour former un nombre différent de plaques incurvées en même temps, par exemple des dizaines, des centaines ou même des milliers de plaques 20 incurvées. Les plaques incurvées 216 de la figure 2G sont illustrées dans une vue en perspective, et dans cet exemple elles ont une profondeur d notablement plus petite que leur longueur 1, par exemple d'un facteur 2 ou plus. Ainsi, en supposant que les 25 monticules 204', 206', 208' sur lesquels sont formées les plaques incurvées sont sensiblement semi-sphériques, l'étendue de la courbure des plaques 216 dans la direction de la profondeur pourrait être beaucoup plus petite que dans la direction de la longueur. A titre de variante, on pourrait 30 utiliser des formes non sphériques des monticules 204', 206', 208' pour atteindre ce résultat. En fonction de la forme souhaitée des plaques incurvées, on peut adapter le processus de cuisson décrit en relation avec la figure 2C pour déformer les blocs 204 à 208, comme on va 35 le décrire maintenant en référence aux figures 3 et 4.

B11532 - 11-GR3-090111.<01 10 La figure 3 est une vue en coupe correspondant à l'étape de procédé de la figure 2F décrite précédemment. Cependant, dans cet exemple, l'étape de cuisson à été réalisée de telle sorte que les blocs 204, 206 et 208 de la couche 202 5 forment des monticules 204', 206' et 208' respectivement, qui ont une dépression 302 au milieu de leur surface supérieure. La figure 4 est une vue en coupe correspondant aussi à l'étape du procédé de la figure 2F décrite précédemment, selon une variante de réalisation. Dans ce mode de réalisation, 10 l'étape de cuisson de la figure 2C est par exemple réalisée dans une mesure où les bords de monticules adjacents se contactent. En outre, dans ce mode de réalisation, les étapes de photolithographie et de gravure pour diviser les couches métalliques 210, 212 en plaques incurvées sont réalisées de telle sorte que les 15 plaques soient centrées sur les creux entre les monticules 204', 206', 208', plutôt que sur les crêtes des monticules. Un procédé de formation de plaques incurvées tel que décrit en détail précédemment comprend par exemple les étapes suivantes : former un ou plusieurs blocs de matériau sur une 20 surface d'un substrat ; cuire lesdits un ou plusieurs blocs pour les déformer; et déposer les premier et deuxième matériaux sur lesdits un ou plusieurs blocs déformés pour former les première et deuxième couches d'au moins une plaque incurvée. Avantageusement, les dimensions de la plaque incurvée 25 216 ainsi obtenue peuvent être relativement petites, par exemple une largeur et/ou une longueur de 50 pm ou moins, ou de 5 pm ou moins dans certains cas. Dans d'autres modes de réalisation, la largeur et/ou la longueur des plaques incurvées pourraient être aussi faibles que 1 pm ou moins, par exemple 100 nm. 30 Dans certains modes de réalisation, les plaques incurvées 216 sont formées de telle sorte que leur changement de forme en réponse à des variations de température soit progressif, par exemple entre les deux formes de la plaque bimétallique 100 illustrée en figure 1.

B11532 - 11-GR3-0901FRO1 11 Dans des variantes de réalisation, les plaques incurvées 216 sont bistables, de sorte qu'elles basculent rapidement d'une forme vers une autre lorsqu'elles sont chauffées à un premier seuil de température, et reviennent à leur forme originale lorsqu'elles sont refroidies à un deuxième seuil de température, inférieur au premier seuil de température. Par exemple, les plaques incurvées 216 peuvent comprendre, en tant que l'une des couches 210, 212, un matériau à mémoire de forme, par exemple un alliage de nickel et de titane. Un tel matériau 10 comporte par exemple deux phases cristallines, et peut présenter deux formes stables. A titre de variante, la plaque incurvée peut recevoir une force orientée vers l'intérieur appliquée à ses extrémités par un ou plusieurs ressorts, provoquant un tel effet bistable. 15 Bien que les plaques incurvées 216 représentées en figure 2G soient constituées d'éléments détachés séparés, dans une variante les plaques incurvées 216 pourraient être formées attachées ensemble dans une matrice, comme on va le décrire maintenant en référence aux figures 5 et 6. 20 La figure 5 illustre en vue à plat un exemple de matrice 500 des plaques incurvées 216. Dans cet exemple, les plaques 216 sont rectangulaires et sont disposées en rangées. Chacune des plaques incurvées d'une rangée est par exemple fixée sur des côtés opposés par des doigts respectifs 502, 504 à une 25 grille 506, constituée aussi par exemple de couches incurvées. En particulier, la grille 506 comprend par exemple un cadre extérieur et un certain nombre de rails d'interconnexion 508 séparant chacune des rangées de plaques incurvées 216. Les doigts 502 et 504 de chaque plaque 216 sont par exemple couplés 30 au cadre ou au rail d'interconnexion 508 de chaque côté. La matrice de plaques incurvées pourrait par exemple comprendre un nombre quelconque compris entre quelques plaques incurvées 216 disposées dans une rangée ou une colonne et des centaines ou des milliers de plaques incurvées 216 disposées dans un nombre 35 quelconque de rangées et/ou de colonnes.

B11532 - 11-GR3-0901FR01 12 La figure 6 illustre en vue à plat une matrice 600 de plaques incurvées similaires à celles de la figure 5, et des éléments similaires portent les mêmes références et ne vont pas être décrits de nouveau en détail. Cependant, les plaques incurvées 216 de la matrice 600 sont circulaires au lieu d'être rectangulaires. Chaque plaque incurvée 216 comprend aussi par exemple un trou circulaire au centre, ayant par exemple un diamètre compris entre 1 et 50 pourcent de la largeur (diamètre) de la plaque courbe circulaire 206. Un avantage de prévoir un tel trou est qu'il modifie les configurations des contraintes, et peut entraîner ainsi une réduction de la différence de température entre les seuils de température auxquels la plaque courbe bascule d'une forme vers une autre. Cela conduit à une augmentation de la fréquence de basculement.

Les plaques incurvées 216 individuellement, ou sous la forme des matrices des figures 5 et 6, ont diverses applications, l'une d'entre elles étant un dispositif de récupération d'énergie thermique, comme on va le décrire maintenant en relation avec les figures 7A à 9.

La figure 7A illustre un exemple de plaque incurvée 700 utilisée comme dispositif de récupération d'énergie pour convertir de l'énergie thermique en énergie électrique. Une telle plaque est par exemple décrite dans la demande de brevet US n° US2011/083714. La plaque incurvée 700 comprend par exemple la plaque incurvée 216 décrite ici, sur laquelle est formée une couche 702 superposée en en matériau piézoélectrique. Le matériau piézoélectrique est un matériau qui a la propriété de générer une différence de tension entre ses surfaces principales, qui varie en fonction de la contrainte qui lui est appliquée. Par exemple, le matériau piézoélectrique est constitué de PZT (plomb zirconate titanate), ou d'un autre composé basé sur le plomb et le zirconium, ou de ZnO. Pendant le changement de forme de la plaque incurvée 700, par exemple de la forme de la plaque du côté gauche vers la forme de la plaque du côté droit en figure 1, une contrainte S se produit dans la B11532 - 11-GR3-0901tR01 13 couche piézoélectrique 702, représentée par des flèches S en figure 7A. Un circuit de récupération d'énergie (ENERGY RECUPERATION CIRCUITRY) 704 est par exemple couplé aux surfaces 5 supérieure et inférieure de la couche piézoélectrique 702, et récupère l'énergie résultant des changements de tension à travers ces surfaces. Cela est utilisé pour générer une tension de sortie VOUT du circuit de récupération d'énergie 704, qui est par exemple utilisée pour charger ou alimenter une batterie ou 10 une charge (BATTERY/LOAD) 706. Bien que cela ne soit pas représenté en figure 7A, en fonctionnement, une section centrale de la plaque incurvée 700 est disposée de façon à contacter une plaque relativement chaude, par exemple en dessous de la plaque 700, lorsque la 15 plaque 700 a la forme d'une arche inversée, et de façon à contacter une plaque relativement froide, par exemple au-dessus de la plaque 700, lorsque la plaque 700 a la forme d'une arche. Plutôt que d'utiliser une couche piézoélectrique, on pourrait utiliser d'autres procédés de transducteurs utilisés 20 pour transformer l'énergie mécanique de la plaque 700 en énergie électrique, comme des variations de capacité. La figure 7B est un graphe illustrant le principe de fonctionnement du dispositif de récupération d'énergie 700 de la figure 7A, et illustre la variation de la contrainte mécanique S 25 dans la couche piézoélectrique 702 en fonction de la température T de la plaque incurvée 700. Dans une phase initiale P0, la source de chaleur n'est par exemple pas établie et la température de la plaque est inférieure à un seuil Tl. La plaque incurvée 700 présente donc 30 une première forme dans laquelle sa section centrale est en contact avec une paroi chaude du générateur, et la paroi chaude commence à chauffer progressivement. Une fois chauffé au-delà d'une température Tl, le dispositif de récupération d'énergie suit périodiquement un 35 cycle P1-P2-P3-P4.

B11532 - 11-GR3-0901tR01 14 Au point Pl, la température de la plaque est égale au premier seuil, Tl, et la membrane est dans sa première forme, en contact avec la paroi chaude. La température de la plaque augmente progressivement, entre les points P1 et P2, ce qui entraîne une variation progressive de la contrainte dans le matériau piézoélectrique, en raison de la dilatation de la couche métallique inférieure de la plaque 700. Cela entraîne une petite variation progressive de la tension de sortie du générateur.

Au point P2, la température de la plaque atteint le deuxième seuil, T2, pour lequel sa température change. La plaque 700 prend alors de façon brutale sa deuxième forme et vient en contact avec la paroi froide du dispositif de récupération d'énergie. Cela provoque une variation brutale de la contrainte mécanique dans la couche piézoélectrique, ce qui provoque un pic de tension brutal au niveau des bornes de sortie du dispositif de récupération d'énergie. Ensuite, à partir du point P3, la température de la plaque 700, qui est en contact avec la paroi froide, diminue progressivement, entraînant ainsi une variation progressive de la contrainte dans le matériau piézoélectrique. Cela entraîne une petite variation progressive de la tension au niveau des bornes de sortie du dispositif de récupération d'énergie. Au point P4, la température de la plaque atteint le premier seuil, Ti, pour lequel sa forme change. La plaque 700 reprend alors brutalement sa première forme et vient en contact avec la paroi chaude du générateur. Cela entraîne une variation brutale de la contrainte dans la couche piézoélectrique, provoquant un pic brutal de tension au niveau des bornes de sortie du générateur. Le cycle reprend ensuite à partir de la phase Pl. Ainsi, l'énergie thermique de la paroi chaude est transférée par la plaque incurvée 700 vers la paroi froide par incréments. Ce transfert entraîne des mouvements brutaux de la plaque incurvée 700, qui sont partiellement convertis en énergie électrique.

B11532 - 11-GR3-0901tR01 15 Comme cela va être décrit plus en détail ci-après, plutôt que d'être formée sur la plaque incurvée 216, la couche piézoélectrique pourrait être formée sur la surface de la paroi chaude et/ou de la paroi froide.

Par exemple, la différence de température entre les seuils Tl et T2 auxquels la plaque incurvée change de forme est relativement grande par rapport à la plage de variation de température du dispositif. A titre d'exemple, si les températures Th et Tc des parois respectives chaude et froide sont respectivement 50°C et 20°C, la plaque incurvée a par exemple des seuils de changement de forme respectifs T1 et T2 à 25°C et 45°C respectivement. Dans des variantes de réalisation, il pourrait y avoir une hystérésis réduite, les seuils Tl et T2 étant par exemple séparés seulement de quelques degrés. Par exemple, Tl et T2 pourraient être à 35°C et 40°C. Pour améliorer le contact thermique entre la plaque incurvée et les parois chaude et froide, un film d'huile ou une pâte conductrice thermique sont par exemple prévus sur chaque paroi et/ou sur les surfaces de la plaque.

Les inventeurs de la présente invention ont trouvé qu'un dispositif de récupération d'énergie constitué d'une plaque incurvée, comme la plaque 700 de la figure 7A, ayant une longueur donnée 1, une largeur w et une épaisseur e, peut être rendu nettement plus efficace en prévoyant à la place plus de plaques ayant chacune une surface réduite. Par exemple, la plaque 700 pourrait être remplacée par n2 plaques incurvées, chacune ayant une longueur de l/n, une largeur de w/n et une épaisseur de e/n. Plus généralement, pour une surface A donnée d'une seule plaque incurvée, les performances pourraient être améliorées en prévoyant une pluralité de plaques incurvées ayant la même surface totale A, même en supposant que l'épaisseur de chaque plaque de la pluralité de plaques est proportionnellement plus petite. Par exemple, l'énergie mécanique totale pour une surface donnée pourrait être augmentée par un facteur aussi grand que n. En outre, en réduisant l'épaisseur de la plaque B11532 - 11-GR3-0901bRO1 16 incurvée, la fréquence à laquelle commute la plaque incurvée entre ses états pourrait être augmentée. A titre d'exemple, en supposant que l'épaisseur est réduite d'un facteur n, la fréquence de commutation de la plaque incurvée est par exemple augmentée d'un facteur n2, ce qui conduit à une fréquence supérieure pour le signal de tension généré. La figure 7C illustre un exemple dans lequel la plaque incurvée 700 de la figure 7A est remplacée par neuf plaques métalliques incurvées 700A à 7001, ayant chacune une longueur 10 1/3, une largeur w/3, et une épaisseur e/3. Ainsi, la densité de puissance est par exemple augmentée d'un facteur 3, et la fréquence de commutation de chaque plaque est par exemple augmentée d'un facteur 9, par rapport à la plaque incurvée 700. Bien sûr, on pourrait appliquer le même principe à un nombre 15 quelconque n de plaques. Ainsi, il y a un avantage particulier à diminuer la taille de chaque plaque incurvée dans un dispositif de récupération d'énergie d'une surface donnée. Les figures 8 et 9 sont des vues en coupe illustrant des exemples de dispositifs de récupération d'énergie comprenant 20 les plaques incurvées 216 décrites ici. La figure 8 illustre un dispositif de récupération d'énergie 800 comprenant des plaques incurvées 802, 804 et 806, chacune correspondant par exemple à la plaque incurvée 216, et étant par exemple bistable comme cela a été décrit précédemment. 25 Chaque plaque 802 à 806 est abritée de façon indépendante dans une cavité correspondante crée par une structure 807, formée par exemple en un matériau polymère. Des couches piézoélectriques 808 sont par exemple formées sur une surface supérieure à l'intérieur de chacune des cavités, et/ou des couches piézo- 30 électriques 810 sont par exemples formées sur une surface inférieure à l'intérieur de chacune des cavités. Les surfaces supérieures des couches piézoélectriques 808 sont par exemple couplées électriquement à une borne de sortie 820 fournissant un signal de sortie V-, tandis que les surfaces inférieures de 35 chacune des couches piézoélectriques 808 sont par exemple B11532 - 11-GR3-0901ifR01 17 couplées électriquement à une borne de sortie 822 fournissant un signal de sortie V+. De façon similaire, les surfaces supérieures des couches piézoélectriques 810 sont par exemple couplées électriquement à une borne de sortie 824 fournissant un signal de sortie V+, tandis que la surface inférieure de chacune des couches piézoélectrique 810 est par exemple couplée électriquement à une borne de sortie 826 fournissant un signal de sortie V-. En fonctionnement, de la chaleur, représentée par une 10 flèche H en figure 8, est appliquée au côté inférieur du dispositif de récupération d'énergie 800. La chaleur peut provenir d'une source quelconque, comme de l'énergie solaire, d'un tuyau chaud, d'un composant électrique, etc. Cette chaleur élève par exemple la température des plaques incurvées ayant 15 leur section centrale en contact avec la paroi chaude au niveau du bas de la cavité correspondante, et une fois que leur température a atteint un seuil supérieur, leur forme change, entraînant que la section centrale vient toucher la couche piézoélectrique 808 sur la surface supérieure de la cavité 20 correspondante, générant ainsi un signal de tension corres- pondant. La section centrale de la plaque étant maintenant en contact avec la paroi supérieure relativement froide de la cavité, la plaque se refroidit. Lorsque la température descend en dessous d'un seuil inférieur, la plaque incurvée change de 25 nouveau de forme, sa section centrale venant toucher la couche piézoélectrique 810 sur le bas de la cavité correspondante, générant ainsi un signal de tension correspondant. Les parois supérieures et inférieures du dispositif de récupération d'énergie 800 sont par exemple isolées afin de maintenir une 30 différence de température entre ces parois supérieures et inférieures. Pour faciliter cela, un vide partiel est par exemple présent dans chacune des cavités. Bien que cela ne soit pas représenté en figure 8, le circuit de récupération d'énergie 704 de la figure 7A est par 35 exemple prévu pour convertir de l'énergie à partir des signaux B11532 - 11-GR3-0901FRO1 18 de tension V+, V-, en une tension d'alimentation destinée à charger ou alimenter la batterie ou la charge 706. La figure 9 illustre un dispositif de récupération d'énergie 900 comprenant des plaques incurvées 902, 904 et 906, 5 chacune d'elles ayant par exemple une structure similaire à celle de la plaque 700 de la figure 7A, comprenant une couche superposée de matériau piézoélectrique. Le dispositif de récupération d'énergie 900 est similaire au dispositif de récupération d'énergie 800 de la figure 8, en ce qu'il comprend une structure 10 907, formée par exemple en un matériau polymère, ayant des cavités abritant les plaques incurvées respectives 902, 904, 906. Dans l'exemple de la figure 9, les plaques 902 à 906 sont formées dans une matrice, par exemple une matrice similaire à celle de la figure 5 ou de la figure 6 décrites précédemment, et 15 jointes entre elles par des doigts intégrés dans les parois de chaque côté de chaque cavité. A titre de variante, on pourrait ne prévoir qu'un seul des doigts. La surface supérieure de la couche piézoélectrique de chaque plaque 902 à 906 est par exemple couplée électriquement à une borne de sortie 908 20 fournissant un signal de sortie V-, alors que les couches de chaque plaque incurvée 902 à 906 assurent par exemple une connexion électrique avec le côté inférieur de chaque plaque incurvée 902 à 906, et sont par exemple couplées à une borne de sortie 910 fournissant un signal de tension de sortie V+. Bien 25 que cela ne soit représenté en figure 9, le circuit de récupération d'énergie 704 de la figure 7A est par exemple prévu pour convertir de l'énergie à partir des signaux V+, V-, en une tension d'alimentation destinée à charger ou à alimenter la batterie ou la charge 706. 30 Un avantage du procédé de formation d'une plaque incurvée décrit ici est qu'il permet à la plaque incurvée d'avoir des dimensions relativement petites, par exemple une longueur et/ou une largeur de 50 gm ou moins, de 5 pm ou moins, ou même aussi petite que 5 pm ou moins.

B11532 - 11-GR3-0901FRO1 19 Bien qu'un certain nombre de modes de réalisation spécifiques d'un procédé et d'un dispositif aient été décrits ici, il sera clair pour l'homme de l'art que diverses modifications et altérations pourraient être prévues.

Par exemple, il sera clair pour l'homme de l'art que bien qu'on ait décrit l'application de plaques incurvées à un dispositif de récupération d'énergie, il existe de nombreuses autres applications, telles que des thermostats, etc. En outre, il sera clair pour l'homme de l'art que le procédé décrit ici pour fabriquer des plaques incurvées pourrait être appliqué à une grande gamme de types de telles plaques constituées de deux couches de matériau. Les dimensions particulières et le type de matériau particulier dépendront de l'application.

Les diverses caractéristiques décrites en relation avec les divers modes de réalisation pourraient être combinées, dans des variantes de réalisation, selon toutes sortes de combinaisons.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour former au moins une plaque incurvée comportant une première et une deuxième couche, la première couche étant formée en un premier matériau et la deuxième couche étant formée en un deuxième matériau, le procédé comprenant les étapes suivantes : former un ou plusieurs blocs (204, 206, 208) en un matériau fusible sur une surface d'un substrat (200) ; cuire lesdits un ou plusieurs blocs pour déformer leur forme ; et déposer les premier et deuxième matériaux sur lesdits un ou plusieurs blocs déformés (204', 206', 208') pour former les première et deuxième couches.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre, après le dépôt des premier et deuxième matériaux, une 15 gravure sélective d'au moins une région des première et deuxième couches pour délimiter ladite au moins une plaque incurvée.
3. 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape de cuisson transforme lesdits un ou plusieurs blocs en un ou plusieurs monticules (204' à 208'), et dans lequel chacune 20 desdites au moins une plaque incurvée est délimitée en étant centrée sur une crête d'un des monticules correspondants.
4. 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape de cuisson transforme lesdits un ou plusieurs blocs en un ou plusieurs monticules (204' à 208'), et dans lequel chacune 25 desdites au moins une plaque incurvée est délimitée en étant centrée dans un creux entre deux monticules adjacents.
5. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel l'étape de gravure délimite une pluralité de plaques incurvées, chacune étant fixée par au moins un doigt de 30 connexion à au moins une autre plaque incurvée.
6. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins deux des blocs sont séparés par un espace, et dans lequel la cuisson déforme la forme desdits un ou plusieurs blocs de telle sorte que leurs bords se contactent.B11532 - 11-GR3-0901FRO1 21
7. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ladite au moins une plaque incurvée a une largeur et/ou une longueur de 50 pm ou moins.
8. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 7, dans lequel la plaque incurvée a une largeur et/ou une longueur de 5 pm ou moins.
9. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite au moins une plaque incurvée a l'une des formes suivantes : 10 rectangulaire ; circulaire ; hexagonale ; ou annulaire.
10. 10. Procédé de fabrication d'un dispositif de récupé15 ration d'énergie pour convertir de l'énergie thermique en énergie électrique, le procédé comprenant la formation d'au moins une plaque incurvée selon le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 9, et la formation d'au moins une couche piézoélectrique (702, 808, 810) sur une surface du dispositif de 20 récupération d'énergie.
11. 11. Plaque incurvée comportant des première et deuxième couches superposées, la première couche étant formée en un premier matériau et la deuxième couche étant formée en un deuxième matériau, la plaque incurvée ayant une largeur et/ou 25 une longueur de 50 pin ou moins.
12. 12. Plaque incurvée selon la revendication 11, la plaque incurvée ayant une largeur et/ou une longueur de 5 pm ou moins.
13. 13. Plaque incurvée selon la revendication 11 ou 12, 30 dans laquelle le premier matériau a un premier coefficient de dilatation thermique, et dans laquelle le deuxième matériau a un deuxième coefficient de dilation thermique différent du premier coefficient de dilation thermique.
14. 14. Plaque incurvée selon l'une quelconque des revendi35 cations 11 à 13, la plaque incurvée étant une plaque bimétal-B11532 - 11-GR3-0901FRO1 22 ligue, le premier matériau étant un premier métal et le deuxième matériau étant un deuxième métal.
15. 15. Dispositif de récupération d'énergie comprenant une pluralité des plaques incurvées de l'une quelconque des revendi5 cations 11 à 14.
16. 16. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 15, dans lequel chaque plaque incurvée comprend une couche de matériau piézoélectrique (702) formée sur elle.
17. 17. Dispositif de récupération d'énergie selon la 10 revendication 15, dans lequel chaque plaque incurvée est abritée dans une cavité comprenant au moins une paroi formée sur une couche piézoélectrique (808, 810).