FR3048844A1 - METHOD FOR PRODUCING AN ELECTRET DEVICE - Google Patents
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Abstract
Procédé de réalisation d'un dispositif à électret comportant une plaque de support (150) et au moins une structure à électret (120) imprimée sur la plaque de support (150). Le procédé consiste à a. dissoudre un polymère fluoré amorphe dans un solvant pour générer une solution de polymère fluoré, b. imprimer la solution de polymère fluoré sur une plaque de support (150), c. éliminer le solvant contenu dans la solution de polymère fluoré imprimée, d. charger électro-statiquement le polymère fluoré amorphe imprimé pour générer une structure à électret (120). Dans l'étape e. on effectue un post-traitement thermique du dispositif à électret et on le chauffe pendant une durée définie à une température donnée, supérieure à la température maximale d'utilisation du dispositif à électret.A method of making an electret device comprising a support plate (150) and at least one electret structure (120) printed on the support plate (150). The process consists of a. dissolving an amorphous fluoropolymer in a solvent to generate a fluoropolymer solution, b. printing the fluoropolymer solution on a support plate (150), c. removing the solvent contained in the printed fluoropolymer solution, d. electrostatically charging the printed amorphous fluoropolymer to generate an electret structure (120). In step e. the electret device is thermally post-treated and is heated for a specified time at a given temperature, which is greater than the maximum operating temperature of the electret device.
Description
Domaine de l’inventionField of the invention
La présente invention se rapporte à un procédé de réalisation d’un dispositif à électret ainsi que ce dispositif comme résultant du procédé et un transducteur sonore capacitif.The present invention relates to a method of producing an electret device as well as this device as a result of the method and a capacitive sound transducer.
Etat de la techniqueState of the art
Le document DE 10 2012 202 422 Al décrit un transducteur sonore notamment utilisé pour la détection du champ environnant, fondé sur le son. Le dispositif comporte une matière à électrets qui forme une capacité entre une première et une seconde structure d’électrode. La matière à électret est appliquée sur la première structure d’électrode. Au-dessus de cette matière à électret on a la seconde structure d’électrodes. La matière à électret peut être appliquée par un procédé d’impression.DE 10 2012 202 422 A1 describes a sound transducer used in particular for the detection of the surrounding field, based on sound. The device includes an electret material that forms a capacitance between a first and a second electrode structure. The electret material is applied to the first electrode structure. Above this electret material is the second electrode structure. The electret material can be applied by a printing process.
Le document US 2007/0230722 décrit un micro à condensateur à électret utilisant un film à électret sur un polymère perfluo-ré. Le polymère perfluoré est, par exemple, dissout dans un solvant à base de fluor et ensuite il est appliqué sous la forme d’un film mince par un procédé de revêtement. Après cette application, on laisse sécher pour éliminer le solvant du film.US 2007/0230722 discloses an electret condenser mic using an electret film on a perfluorinated polymer. The perfluorinated polymer is, for example, dissolved in a fluorine-based solvent and then it is applied as a thin film by a coating process. After this application, it is allowed to dry to remove the solvent from the film.
But de l’inventionPurpose of the invention
Les dispositifs à électret, connus, ont toutefois en commun que la stabilité de la polarisation des électrets utilisés est souvent insuffisante pour conserver la charge électrique, par exemple à des températures de fonctionnement élevées pendant une durée prolongée. Or, cela est indispensable pour garantir une utilisation sans défaillance de dispositifs à électret dans des capteurs de champ environnant équipant, par exemple, des véhicules.The known electret devices, however, have in common that the polarization stability of the electrets used is often insufficient to maintain the electrical charge, for example at high operating temperatures for a prolonged period. However, this is essential to ensure a faultless use of electret devices in surrounding field sensors equipping, for example, vehicles.
Exposé et avantages de l’inventionDescription and advantages of the invention
Pour résoudre ce problème, l’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un dispositif à électret et aussi le dispositif résultant directement de ce procédé. L’invention a pour objet un transducteur capacitif de son utilisant le dispositif à électret selon l’invention.To solve this problem, the subject of the invention is a method of manufacturing an electret device and also the device resulting directly from this method. The invention relates to a capacitive sound transducer using the electret device according to the invention.
Le procédé de fabrication selon l’invention comporte les étapes suivantes : a) dans une première étape on dissout un polymère fluoré amorphe dans un solvant pour obtenir une solution de polymère fluoré, b) ensuite, on imprime la solution de polymère fluoré sur une plaque de support ; en particulier, cette étape d’impression se caractérise par une structure définie, choisie librement et utilisée par impression, c) ensuite, on élimine le solvant contenu dans la solution de polymère fluoré, imprimée. On obtient ainsi un revêtement de polymère fluoré amorphe de structure quelconque, d) dans la quatrième étape du procédé, on charge, de manière électrostatique, le polymère fluoré amorphe, imprimé, pour obtenir une structure à électret, e) dans la dernière étape du procédé, on effectue un post-traitement thermique du dispositif à électret. Le dispositif à électret qui se compose de la plaque de support et de l’électret imprimé sur la plaque de support, reste pendant une durée définie à une température supérieure à la future température d’utilisation du dispositif à électret. L’invention repose sur la considération que des polymères fluorés amorphes utilisés dans ce procédé de fabrication comme matière à électret, possèdent, des pièges du fait de la forte imbrication des chaînes de polymère. Comme ces pièges s’étendent sur l’ensemble du volume de la couche de polymère, on les appelle « pièges volumiques ». Les porteurs de charges qui se trouvent dans ces pièges volumiques sont accrochés d’une manière significativement plus stable que les charges de surface. Les polymères fluorés amorphes, tels que, par exemple, Poly[4,5-difluoro-2,2-bis(trifluoromethyl)-1,3-dioxole-co-tetrefluoroethylene], sont utilisés pour cette raison dans le procédé comme matière à électret car, contrairement à un polymère fluoré partiellement cristallin, usuel, tel que PTFE, FEP ou PFA, ils se dissolvent dans un solvant approprié tel que, par exemple, du perfluoro-trialkylamine ou perfluortributlyamine et peuvent ainsi être liquéfiés. A l’état liquide, les polymères s’utilisent comme matière à électret, de manière simple pour revêtir des surfaces en technique d’impression. L’utilisation de la technique d’impression a l’avantage d’un espace de liberté de forme maximale pour les structures à électret avec une épaisseur de couche de 10-25 pm. Alors que les électrets à base de films usuels du commerce doivent tout d’abord être mis à leur forme géométrique par emboutissage ou découpe, on peut réaliser une multiplicité de couches à électret par une solution polymère, en technique d’impression, par une disposition appropriée dans le plan au cours d’une étape du procédé. Pendant le séchage, c’est-à-dire pendant l’élimination du solvant contenu dans la solution de polymère fluoré, imprimée, il faut que le degré de cristallisation du polymère fluoré reste aussi réduit que possible. On aura un maximum de pièges volumiques dans la couche de polymère si la teneur amorphe dans le polymère et ainsi la plus grande partie possible des irrégularités restent conservés dans le polymère.The manufacturing method according to the invention comprises the following steps: a) in a first step an amorphous fluorinated polymer is dissolved in a solvent to obtain a fluoropolymer solution, b) then, the fluoropolymer solution is printed on a plate support; in particular, this printing step is characterized by a defined structure, freely chosen and used by printing, c) afterwards, the solvent contained in the printed fluoropolymer solution is eliminated. Thus, an amorphous fluoropolymer coating of any structure is obtained, d) in the fourth process step, the printed amorphous fluoropolymer is electrostatically charged to obtain an electret structure, e) in the last stage of the process. method, a thermal post-treatment of the electret device is performed. The electret device which consists of the support plate and the electret printed on the support plate, remains for a defined time at a temperature higher than the future operating temperature of the electret device. The invention is based on the consideration that amorphous fluorinated polymers used in this manufacturing process as electret material, have traps because of the strong imbrication of the polymer chains. As these traps extend over the entire volume of the polymer layer, they are called "volume traps". The charge carriers that are in these volume traps are hung in a significantly more stable manner than the surface charges. Amorphous fluorinated polymers, such as, for example, poly [4,5-difluoro-2,2-bis (trifluoromethyl) -1,3-dioxole-co-tetrefluoroethylene], are used for this reason in the process as the electret because, unlike a conventional partially crystalline fluorinated polymer, such as PTFE, FEP or PFA, they dissolve in a suitable solvent such as, for example, perfluoro-trialkylamine or perfluortributlyamine and can thus be liquefied. In the liquid state, the polymers are used as electret material, in a simple manner for coating surfaces in printing technique. The use of the printing technique has the advantage of a maximum freedom of shape space for electret structures with a layer thickness of 10-25 μm. Whereas electrets based on commercially available films must first be brought to their geometrical shape by stamping or cutting, a multiplicity of electret layers can be produced by a polymer solution, in printing technique, by an arrangement appropriate in the plan during a process step. During drying, i.e. during removal of the solvent contained in the printed fluoropolymer solution, the degree of crystallization of the fluoropolymer must remain as small as possible. There will be a maximum of volume traps in the polymer layer if the amorphous content in the polymer and thus most of the irregularities remain in the polymer.
La température de séchage et la durée du séchage sont déterminantes car, la température et la durée influencent la croissance des cristaux et ainsi la cristallinité. Lors de la polarisation consécutive ou de la charge électrostatique du polymère fluoré amorphe, imprimé, on ne piège pas tous les supports de charge dans les pièges volumiques, mais ils restent également à la surface.The drying temperature and the duration of the drying are decisive because the temperature and the duration influence the crystal growth and thus the crystallinity. During the subsequent polarization or the electrostatic charge of the printed amorphous fluoropolymer, not all charge carriers are trapped in the volume traps, but they also remain on the surface.
Ces charges de surface sont significativement plus mal accrochées dans l’électret et n’ont, de ce fait, pas une stabilité très poussée. Le post-traitement thermique de la structure à électret après la charge électrostatique produit d’une part une élimination partielle des charges de surface et d’autre part, la diffusion des porteurs de charge de surface dans des pièges volumiques plus profondément installés. Ainsi, les porteurs de charge sont mieux accrochés dans l’électret, ce qui conduit à une stabilité de polarisation plus élevée de la structure à électret. La vitesse à laquelle les porteurs de charge sont enlevés dépend, de manière exponentielle de l’énergie d’activation thermique appliquée. L’enlèvement de porteurs de charge beaucoup moins stables peut ainsi se régler par les paramètres de pointes de température et durée d’action du post-traitement thermique. 11 est important que le niveau de température dépasse la température d’utilisation future du dispositif à électret pour garantir la stabilité de la polarisation permanente pour Tutilisation.These surface charges are significantly poorer in the electret and therefore do not have a very high stability. The thermal aftertreatment of the electret structure after the electrostatic charge produces, on the one hand, a partial elimination of the surface charges and, on the other hand, the diffusion of the surface charge carriers into more deeply installed volume traps. Thus, the charge carriers are better hooked in the electret, which leads to a higher polarization stability of the electret structure. The rate at which the charge carriers are removed depends exponentially on the applied thermal activation energy. The removal of much less stable charge carriers can thus be regulated by the parameters of temperature peaks and duration of action of the thermal post-treatment. It is important that the temperature level exceed the future use temperature of the electret device to ensure stability of the permanent bias for use.
De façon préférentielle, l’impression de la solution de polymère fluoré se fait par sérigraphie. Cela permet d’obtenir des épaisseurs de couche comparables à celles des films à électret du commerce. Ces couches correspondent à une épaisseur de l’ordre de 10-15 pm. Le procédé de sérigraphie permet, dans le cas le plus simple, la réalisation de dispositifs multiples de transducteurs sonores, encore appelés réseaux de transducteurs sonores car dans une étape de fabrication, on fabrique un grand nombre de couches à électret en quantités et dimensions pratiquement quelconques. Pour l’épaisseur de couche requise, le procédé de sérigraphie est le procédé le plus avantageux. Mais, on peut également envisager d’autres procédés d’impression de la solution de polymère fluoré tels que, par exemple, l’impression offset ou un procédé d’impression par jet d’encre.Preferably, the printing of the fluoropolymer solution is done by screen printing. This makes it possible to obtain layer thicknesses comparable to those of commercial electret films. These layers correspond to a thickness of the order of 10-15 pm. In the simplest case, the screen printing method makes it possible to produce multiple devices for sound transducers, also called sound transducer arrays because in a manufacturing step, a large number of electret layers are manufactured in virtually any quantity and size. . For the required layer thickness, the screen printing process is the most advantageous method. However, other methods of printing the fluoropolymer solution such as, for example, offset printing or an inkjet printing process can also be envisaged.
Selon un développement préférentiel de l’invention, la charge électrostatique du polymère fluoré, amorphe, imprimé se fait par un traitement par effet couronne (traitement «corona»). On polarise ainsi le polymère et on génère une structure à électret si bien que, par exemple, on applique une tension de condensateur permanente pour un convertisseur capacitif de son.According to a preferred development of the invention, the electrostatic charge of the fluorinated, amorphous polymer is printed by a corona treatment ("corona" treatment). The polymer is thus polarized and an electret structure is generated so that, for example, a permanent capacitor voltage is applied to a capacitive tone converter.
De façon préférentielle, la future température d’utilisation maximale au-dessus de laquelle on chauffe le dispositif à électret pendant le post-traitement thermique se situe dans une plage de température comprise entre 90 et 100°C. Cela correspond sensiblement à la température maximale de fonctionnement d’une électrode de condensateur d’un transducteur capacitif de son dans les capteurs d’environnement. Cela garantit la polarisation de l’électret, même si l’on utilise la structure à électret dans un convertisseur sonore capacitif tel que, par exemple, un capteur de champ environnant d’un véhicule.Preferably, the future maximum operating temperature above which the electret device is heated during the thermal post-treatment is in a temperature range between 90 and 100 ° C. This corresponds substantially to the maximum operating temperature of a capacitor electrode of a capacitive sound transducer in the environmental sensors. This ensures the bias of the electret, even if the electret structure is used in a capacitive audio converter such as, for example, a surrounding field sensor of a vehicle.
Pour appliquer le dispositif à électret fabriqué par le procédé de l’invention à un transducteur sonore, il suffit, selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention, si possible lors de l’impression de la solution de polymère-fluoré sur la plaque de support, d’avoir de préférence au moins deux zones distinctes de la plaque de support qui sont imprimées avec la solution de polymère fluoré. Ces deux zones peuvent avoir des formes différentes et ainsi elles pourront se distinguer l’une de l’autre par leur forme. Par exemple, les deux régions peuvent être rectangulaires ; dans un autre mode de réalisation on peut également avoir une forme rectangulaire et une forme circulaire. Ces deux régions ou zones sont écartées horizontalement de moins de la moitié de la longueur d’ondes dans l’air, du voisin le plus proche. Dans le cas d’une fréquence de travail de 48 kHz, cela correspond à une distance de 3,6 mm. La fréquence de travail est la fréquence des signaux sonores reçus et traités par les transducteurs. Ce dispositif également appelé « dispositif en forme de réseau », offre, dans l’utilisation ultérieure de la structure à électret, par exemple, dans des transducteurs de son, des possibilités étendues de traitement du signal par rapport à un transducteur simple. L’élimination du solvant contenu dans la solution de polymère fluoré, imprimée selon l’étape b) du procédé de l’invention se fait de préférence par un traitement thermique de la plaque de support et de la solution de polymère fluoré, imprimée sur la plaque de support. Le traitement thermique solidifie le polymère et génère une structure amorphe de polymère. De plus, cet échauffement produit des transformations Béta. Les transformations Béta permettent de faire tourner la chaîne de polymère ou de bouger les chaînes latérales, ce qui génère des pièges volumiques supplémentaires pour de la polarisation. La conversion Béta correspond d’une part à des mouvements des groupes latéraux d’une chaîne de polymère et d’autre part, à des mouvements de plusieurs atomes le long de la chaîne de polymère. On ne peut avoir une rotation simple le long de la chaîne dans un polymère car il faut déplacer globalement un segment de chaîne important. Cela n’est pas possible à cause de l’obstacle constitué par les molécules voisines. Mais, on peut déplacer plusieurs atomes le long de la même chaîne. S’il y a une déformation de la chaîne de polymère par le déplacement de plusieurs atomes le long de la chaîne, cela se traduit par une relaxation du « vilebrequin » car ainsi la chaîne du polymère se présente sous la forme d’un vilebrequin. Les transformations Beta se produisent en dessous de la température de transformation vitreuse (les transformations à la température vitreuse sont encore appelées transformations Alpha.To apply the electret device produced by the method of the invention to a sound transducer, it suffices, according to a preferred embodiment of the invention, if possible during the printing of the polymer-fluorinated solution on the plate. preferably having at least two distinct areas of the support plate which are printed with the fluoropolymer solution. These two areas may have different shapes and so they can be distinguished from each other by their shape. For example, the two regions may be rectangular; in another embodiment one can also have a rectangular shape and a circular shape. These two regions or zones are horizontally separated by less than half the wavelength in the air, from the nearest neighbor. In the case of a working frequency of 48 kHz, this corresponds to a distance of 3.6 mm. The working frequency is the frequency of the sound signals received and processed by the transducers. This device also called "network-shaped device" offers, in the subsequent use of the electret structure, for example, in sound transducers, extended possibilities of signal processing compared to a simple transducer. The removal of the solvent contained in the fluoropolymer solution, printed according to step b) of the process of the invention is preferably by a heat treatment of the support plate and the fluoropolymer solution, printed on the support plate. The heat treatment solidifies the polymer and generates an amorphous polymer structure. Moreover, this heating produces Beta transformations. Beta transformations make it possible to rotate the polymer chain or to move the side chains, which generates additional volume traps for polarization. Beta conversion corresponds, on the one hand, to movements of the lateral groups of a polymer chain and, on the other hand, to movements of several atoms along the polymer chain. You can not have a single rotation along the chain in a polymer because you have to move a large chain segment globally. This is not possible because of the obstacle constituted by the neighboring molecules. But, we can move several atoms along the same chain. If there is a deformation of the polymer chain by the displacement of several atoms along the chain, this results in a relaxation of the "crankshaft" because thus the chain of the polymer is in the form of a crankshaft. Beta transformations occur below the glass transformation temperature (transformations at glass temperature are still called Alpha transformations.
Le traitement thermique utilisé pour renforcer le polymère commence, de préférence, tout d’abord par le chauffage de la plaque de support et de la solution de polymère fluoré appliquée sur la plaque de support à une première température constante, comprise entre 50°C et 100°C pour une durée de 5 à 30 minutes. Cela permet d’évaporer la plus grande partie du solvant, mais la concentration de polymère dans la solution reste néanmoins longtemps encore en dessous de la limite de cristallisation. Lorsqu’on atteint cette limite critique de cristallisation, la solution est sursaturée et la croissance cristalline peut commencer. La croissance cristalline du polymère doit toutefois être maintenue à un niveau aussi faible que possible car ainsi on développe des pièges volumiques d’autant plus importants dans la couche de polymère si la partie amorphe dans le polymère reste élevée et ainsi une partie aussi importante que possible des irrégularités reste dans le polymère.The heat treatment used to reinforce the polymer preferably begins by heating the support plate and the fluoropolymer solution applied to the support plate at a first constant temperature of between 50 ° C and 50 ° C. 100 ° C for a period of 5 to 30 minutes. This makes it possible to evaporate most of the solvent, but the concentration of polymer in the solution remains nevertheless still a long time below the crystallization limit. When this critical crystallization limit is reached, the solution is supersaturated and crystal growth can begin. The crystalline growth of the polymer must, however, be kept as low as possible because thus larger volume traps are developed in the polymer layer if the amorphous part in the polymer remains high and thus as much as possible irregularities remain in the polymer.
Si finalement on atteint la limite de cristallisation par la vaporisation du solvant, il faut arrêter aussi rapidement que possible, la croissance cristalline. C’est pourquoi, dans une seconde étape du traitement thermique, on augmente linéairement la température dans une période comprise entre 1 et 5 minutes, à une seconde température constante comprise entre 100 et 150°C. L’élévation de température permet d’atteindre de nouveau une teneur plus élevée de polymère dans la solution sans sursaturer la solution et commencer ainsi la croissance cristalline. La concentration de polymère dans la solution reste ainsi toujours en dessous de la limite de cristallisation. La plaque de support et la solution de polymère fluoré, imprimée sur celle-ci seront alors chauffées à la seconde température pour une période comprise entre 5 et 15 minutes. Cela permet d’évaporer une autre partie du solvant et de solidifier le polymère. Lorsqu’on atteint la limite de cristallisation, on termine aussi rapidement que possible le procédé de séchage et ainsi on maintient un niveau aussi faible que possible de développement cristallin et ensuite on élève de façon linéaire la seconde température sur une période comprise entre 1 et 5 minutes jusqu’à une température maximale comprise entre 150°C et 200°C. On chauffe à cette température maximale, la plaque de support et la solution de polymère fluoré imprimée sur la plaque de support, de manière constante pendant une durée comprise entre 5 et 15 minutes jusqu’à ce que finalement le reste de solvant soit complètement évaporé et que le polymère soit complètement solidifié. L’accrochage du polymère fluoré amorphe, imprimé sera amélioré de préférence par des groupes chimiques latéraux, notamment des groupes carboxyle (COOH) à la plaque de support. Les groupes latéraux font partie de la molécule et se développent par la synthèse du polymère, ce qui a l’avantage que la structure à électret, future, ne pourra plus être enlevée facilement, par exemple par des actions mécaniques.If finally the crystallization limit is reached by the vaporization of the solvent, the crystal growth must be stopped as quickly as possible. Therefore, in a second step of the heat treatment, the temperature is linearly increased in a period of between 1 and 5 minutes, at a second constant temperature of between 100 and 150 ° C. The rise in temperature makes it possible to reach again a higher content of polymer in the solution without oversaturating the solution and thus start the crystalline growth. The concentration of polymer in the solution thus remains always below the crystallization limit. The carrier plate and the fluoropolymer solution printed thereon will then be heated at the second temperature for a period of between 5 and 15 minutes. This makes it possible to evaporate another part of the solvent and to solidify the polymer. When the crystallization limit is reached, the drying process is terminated as rapidly as possible and thus a level as low as possible of crystalline growth is maintained and then the second temperature is linearly raised over a period of between 1 and 5 hours. minutes to a maximum temperature of between 150 ° C and 200 ° C. The support plate and the fluoropolymer solution printed on the support plate are heated at this maximum temperature continuously for a period of between 5 and 15 minutes until finally the solvent residue is completely evaporated and that the polymer is completely solidified. The adhesion of the printed amorphous fluoropolymer will preferably be improved by side chemical groups, especially carboxyl groups (COOH) to the support plate. The side groups are part of the molecule and develop by the synthesis of the polymer, which has the advantage that the future electret structure can not be removed easily, for example by mechanical actions.
Selon un autre développement de l’invention, le produit direct du procédé de l’invention est un dispositif à électret composé d’une plaque de support et d’au moins une structure à électret imprimée sur la plaque de support. La structure à électret, imprimée a une stabilité de polarisation significativement supérieure pour son utilisation à des températures élevées par comparaison aux applications dans l’industrie et dans la construction automobile comme température de fonctionnement acceptable (par exemple jusqu’à +85°C) et par comparaison aux couches à électret sur film, du commerce. Ainsi, le FEP (Fluor-Ethylène-Propylène) comme matière à électret à base de film, semi-cristallin, le meilleur connu jusqu’alors, se décharge pour des stockages à long terme à 95°C sur plus de 300 jours, de 12% (pourcentage mesuré par le potentiel de surface). La structure à électret imprimée selon l’invention ne se décharge en revanche dans le même intervalle que d’environ 4%. La structure à électret a ainsi une stabilité de polarisation plus de doublée pour de tels paramètres.According to another development of the invention, the direct product of the method of the invention is an electret device composed of a support plate and at least one electret structure printed on the support plate. The printed electret structure has a significantly higher polarization stability for its use at high temperatures compared to industrial and automotive applications as an acceptable operating temperature (e.g., up to + 85 ° C) and compared to commercially available film electret layers. Thus, FEP (Fluor-Ethylene-Propylene) as a film electret material semicrystalline, the best known until then, discharges for long-term storage at 95 ° C for more than 300 days, 12% (percentage measured by surface potential). The printed electret structure according to the invention, on the other hand, discharges in the same range as about 4%. The electret structure thus has more than doubled polarization stability for such parameters.
Selon un autre développement, l’invention a pour objet un transducteur sonore, capacitif, comportant une cale et une membrane susceptible d’osciller comme première électrode de condensateur. La cale peut être de forme annulaire, mais en fonction de la structure à électret elle peut également avoir n’importe quelle autre forme adaptée à la structure à électret. De plus, le transducteur sonore capacitif comporte le dispositif à électret fabriqué selon l’invention avec la structure à électret et une couche conductrice supplémentaire comme seconde électrode de condensateur entre la structure à électret et la plaque de support du dispositif à électret. La structure à électret fournit la tension du transducteur capacitif. La membrane du transducteur capacitif se trouve à une première extrémité de la cale, ouverte vers l’environnement et le dispositif à électret à la seconde extrémité ouverte vers l’environnement de la cale. La membrane est ainsi installée à la première extrémité de la cale de façon à séparer la structure à électret comme partie du dispositif à électret par rapport à l’environnement. Entre les deux électrodes de condensateur, on peut introduire un diélectrique pour générer un champ électrique. Le dispositif à électret peut faire partie du diélectrique car il se trouve entre les deux électrodes de condensateur. Ce transducteur sonore capacitif a l’avantage d’être de construction simple et de ne pas nécessiter d’alimentation en tension externe. En outre, la plaque de support du transducteur sonore capacitif a, de préférence, au moins deux structures à électret, imprimées sur la plaque de support. Ces deux structures à électret sont séparées de l’environnement par une membrane. Avec plusieurs transducteurs il est possible de saisir plus précisément l’environnement.According to another development, the subject of the invention is a sound transducer, capacitive, comprising a wedge and a diaphragm capable of oscillating as a first capacitor electrode. The shim may be annular, but depending on the electret structure it may also have any other shape suitable for the electret structure. In addition, the capacitive sound transducer includes the electret device made according to the invention with the electret structure and an additional conductive layer as the second capacitor electrode between the electret structure and the electret device support plate. The electret structure provides the voltage of the capacitive transducer. The capacitive transducer membrane is at a first end of the shim, open to the environment and the electret device at the second end open to the environment of the shim. The membrane is thus installed at the first end of the wedge so as to separate the electret structure as part of the electret device relative to the environment. Between the two capacitor electrodes, a dielectric can be introduced to generate an electric field. The electret device may be part of the dielectric because it lies between the two capacitor electrodes. This capacitive sound transducer has the advantage of being simple in construction and does not require external voltage supply. In addition, the capacitive sound transducer support plate preferably has at least two electret structures printed on the support plate. These two electret structures are separated from the environment by a membrane. With several transducers it is possible to more precisely enter the environment.
Dessinsdrawings
La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée, à l’aide d’un procédé de réalisation d’un dispositif à électret et un tel dispositif résultant du procédé, représenté dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 montre schématiquement un premier mode de réalisation du procédé pour fabriquer un dispositif à électret, la figure 2 montre l’évolution de l’étape de traitement thermique pour éliminer le solvant contenu dans la solution de polymère fluoré, imprimée, la figure 3 montre un premier mode de réalisation d’un transducteur sonore capacitif selon l’invention, la figure 4 montre un premier mode de réalisation d’un transducteur sonore capacitif selon une disposition multiple de l’invention.The present invention will be described below, in more detail, using a method of producing an electret device and such a device resulting from the method, shown in the accompanying drawings in which: FIG. schematically a first embodiment of the method for manufacturing an electret device, Figure 2 shows the evolution of the heat treatment step to remove the solvent contained in the fluoropolymer solution, printed, Figure 3 shows a first mode of a capacitive sound transducer according to the invention, Figure 4 shows a first embodiment of a capacitive sound transducer according to a multiple arrangement of the invention.
Description de modes de réalisation de l’inventionDescription of Embodiments of the Invention
La figure 1 montre un procédé selon l’invention pour réaliser un dispositif à électret sous la forme d’un ordinogramme. Dans une étape de procédé 5 on dissout un polymère fluoré amorphe comme, par exemple, Poly[4,5-difluoro-2,2-bis(trifluoromethyl)- 1,3-dioxole-co-tetrefluoroethylene]. Comme solvant approprié on utilise, par exemple, du perfluortrialkylamine ou du perfluortributylamine. Ensuite, dans l’étape de procédé 10 on imprime la solution de polymère fluoré sur la plaque de support 150. Cette opération d’impression peut se faire, par exemple, par sérigraphie. En option, on peut également imprimer au moins deux régions ou zones de la plaque de support 150 avec la solution de polymère fluoré. Ces zones permettent une quelconque adaptation du dispositif à électret, par la forme, par exemple, rectangulaire, carrée, ronde, ovale ou en L.Figure 1 shows a method according to the invention for producing an electret device in the form of a flow chart. In a process step, an amorphous fluorinated polymer such as, for example, poly [4,5-difluoro-2,2-bis (trifluoromethyl) -1,3-dioxole-co-tetrafluoroethylene] is dissolved. Suitable solvents are, for example, perfluortrialkylamine or perfluortributylamine. Then, in the process step 10, the fluoropolymer solution is printed on the support plate 150. This printing operation can be done, for example, by screen printing. Optionally, at least two regions or areas of the support plate 150 can also be printed with the fluoropolymer solution. These zones allow any adaptation of the electret device, by the shape, for example, rectangular, square, round, oval or L.
En éliminant le solvant contenu dans la solution de polymère fluoré, imprimée, comme étape suivante du procédé 20 on obtient un polymère fluoré amorphe, imprimé.By removing the solvent contained in the printed fluoropolymer solution as the next process step, an amorphous, fluorinated, printed polymer is obtained.
Pour générer la structure à électret 120 on polarise le polymère fluoré amorphe, imprimé, ensuite dans une étape de procédé 50. Cette polarisation peut se faire, par exemple, par un traitement à effet couronne (traitement « corona »).To generate the electret structure 120 is polarized amorphous fluoropolymer, printed, then in a process step 50. This polarization can be done, for example, by a corona treatment ("corona" treatment).
Dans une dernière étape 60 du procédé on effectue le post-traitement thermique du dispositif à électret. Cela consiste à chauffer le dispositif à électret pendant une durée déterminée à une température supérieure à la température future maximale d’utilisation du dispositif à électret. Cette température d’utilisation future, maximale, du dispositif à électret se situe, par exemple, dans une plage de température comprises entre 90 et 100°C.In a last step 60 of the method the thermal post-treatment of the electret device is carried out. This involves heating the electret device for a specified time to a temperature above the maximum future temperature of use of the electret device. This maximum future utilization temperature of the electret device is, for example, in a temperature range between 90 and 100 ° C.
En option, on élimine le solvant contenu dans la solution de polymère fluoré, imprimée dans l’étape 20 par un traitement thermique de la plaque de support 150 et de la solution de polymère fluoré imprimée sur la plaque de support 150. Ce traitement thermique est représenté par les étapes de procédé 25, 30, 35, 45, 50 à la figure 1. Pour cela, dans l’étape de procédé 25 on chauffe la plaque de support 150 et la solution de polymère fluoré imprimée sur la plaque de support 150 à une première température constante comprise entre 50°C et 100°C pendant une durée comprise entre 5 et 15 minutes. Ensuite, dans l’étape 30, on augmente la première température sur un intervalle compris entre 1 et 5 minutes à une seconde température comprise entre 100 et 150°C. Ensuite, dans l’étape de procédé 35 on chauffe la plaque de support 150 et la solution de polymère fluoré imprimée sur la plaque de support 150, en conservant la seconde température, pendant une durée comprise entre 5 et 15 minutes. Ensuite, dans l’étape de procédé 40 on chauffe à la seconde température pendant une durée comprise entre 1 et 5 minutes, à la température maximale comprise entre 150 et 200°C. Enfin, dans l’étape 45 du procédé, on chauffe la solution de polymère fluoré, imprimée de la plaque de support 150 et qui est, elle-même, appliquée sur cette plaque, à une température maximale constante pendant une durée comprise entre 5 et 15 minutes.Optionally, the solvent contained in the fluoropolymer solution printed in step 20 is removed by heat treating the support plate 150 and the fluoropolymer solution printed on the support plate 150. This heat treatment is represented by the process steps 25, 30, 35, 45, 50 in FIG. 1. For this, in the process step 25, the support plate 150 and the fluoropolymer solution printed on the support plate 150 are heated. at a first constant temperature between 50 ° C and 100 ° C for a period of between 5 and 15 minutes. Then, in step 30, the first temperature is increased over an interval of between 1 and 5 minutes at a second temperature of between 100 and 150 ° C. Then, in the process step, the support plate 150 and the fluoropolymer solution printed on the support plate 150 are heated, keeping the second temperature, for a period of between 5 and 15 minutes. Then, in the process step 40 is heated to the second temperature for a period of between 1 and 5 minutes, at the maximum temperature between 150 and 200 ° C. Finally, in step 45 of the method, the fluoropolymer solution, printed from the support plate 150 and which is itself applied to this plate, is heated to a constant maximum temperature for a period of time between 5 and 15 minutes.
La figure 2 montre, à titre d’exemple, une courbe de température 80, c’est-à-dire l’étape du traitement thermique pour éliminer le solvant contenu dans la solution de polymère fluoré imprimée. L’axe X 100 représente le temps en minutes et l’axe Y 90 représente la température du four en °C. Tout d’abord pendant 5 minutes on maintient la température à 50°C et ensuite on l’augmente linéairement pendant une durée de 2 minutes pour atteindre 100°C. On suppose que la température est maintenue constante à 100°C pendant 5 minutes avant de l’augmenter de nouveau, de manière linéaire sur une durée de 2 minutes pour arriver à 150°C. Cette température est ensuite maintenue constante à 5 minutes.Fig. 2 shows, by way of example, a temperature curve 80, i.e., the heat treatment step for removing the solvent contained in the printed fluoropolymer solution. The X axis 100 represents the time in minutes and the Y axis 90 represents the oven temperature in ° C. First for 5 minutes the temperature is maintained at 50 ° C and then it is increased linearly for a period of 2 minutes to reach 100 ° C. It is assumed that the temperature is kept constant at 100 ° C for 5 minutes before increasing again, linearly over a period of 2 minutes to reach 150 ° C. This temperature is then kept constant at 5 minutes.
La figure 3 est une vue de côté en coupe d’un mode de réalisation d’un transducteur sonore capacitif 135 selon l’invention. Le transducteur sonore capacitif 135 comporte une cale d’épaisseur 140, une membrane 110, une structure à électret 120, une plaque de support 150 et une couche conductrice 145 entre la structure à électret 120 et la plaque de support 150. La membrane électro-conductrice 110 susceptible d’osciller sert de première électrode de condensateur et se trouve à une première extrémité ouverte vers l’environnement de la cale d’épaisseur 140. La couche conductrice 145 entre la plaque de support 150 et la structure à électret 120 sert de seconde électrode conductrice.Figure 3 is a sectional side view of an embodiment of a capacitive sound transducer 135 according to the invention. The capacitive sound transducer 135 includes a shim 140, a diaphragm 110, an electret structure 120, a support plate 150, and a conductive layer 145 between the electret structure 120 and the support plate 150. oscillating conductor 110 serves as the first capacitor electrode and is at a first end open to the environment of the shim 140. The conductive layer 145 between the support plate 150 and the electret structure 120 serves as the second conductive electrode.
Le dispositif d’électrode composé de la structure à électret imprimée en continu sur la plaque de support 150 et la structure à électret, chargée électro-statiquement, sur la plaque de circuit, alimente le transducteur sonore capacitif 135 en tension et est relié à la seconde extrémité de la cale 150. La structure à électret 120 est ainsi séparée de l’environnement. La cale d’écartement 150 peut être de forme annulaire ou d’une pièce réunie ou encore de différentes pièces. Entre la membrane 110 comme première électrode de condensateur et la couche conductrice 145 comme seconde électrode de condensateur, un diélectrique 130 isole l’une de l’autre la première et la seconde électrodes de condensateur. Le diélectrique 130 est n’importe quel milieu dont les supports de charge ne sont pas en général mobiles (par exemple de l’air). La structure à électret 120 peut servir de diélectrique car elle est entre les deux des électrodes de condensateur.The electrode device composed of the electret structure printed continuously on the support plate 150 and the electret structure, electrostatically charged, on the circuit board, supplies the capacitive sound transducer 135 with voltage and is connected to the second end of the shim 150. The electret structure 120 is thus separated from the environment. The spacer 150 may be annular or a joined piece or different parts. Between the membrane 110 as the first capacitor electrode and the conductive layer 145 as the second capacitor electrode, a dielectric 130 isolates the first and the second capacitor electrodes from each other. The dielectric 130 is any medium whose load supports are not generally mobile (for example air). The electret structure 120 may serve as a dielectric because it is between the two capacitor electrodes.
La figure 4 est une vue de côté en coupe d’un mode de réalisation d’un transducteur sonore capacitif 136. Dans cet exemple, le dispositif à électret se compose d’une plaque de support 151 avec plusieurs structures à électret 120. Entre la plaque de support 151 et l’ensemble des structures à électret 120 on a à chaque fois une couche conductrice 145 comme seconde électrode de condensateur. Le dispositif à électret peut être à chaque seconde extrémité ouverte tournée vers l’environnement de plusieurs organes d’écartement 140. Les différentes structures à électret 120 sont entourées à la manière d’un anneau, chaque fois par un organe d’écartement 140. La membrane oscillante 111, commune, est la première électrode de condensateur à l’autre extrémité des quatre organes d’écartement 140 de sorte que les structures à électret 120 sont séparées. On pourrait également envisager que les structures à électret 120 des différentes membranes 111 sont séparées de l’environnement. On peut également avoir plus de deux structures à électret 120, installées suivant une forme annulaire en étant entourées d’au moins une cale d’épaisseur 140.FIG. 4 is a sectional side view of an embodiment of a capacitive sound transducer 136. In this example, the electret device consists of a support plate 151 with a plurality of electret structures 120. Support plate 151 and the set of electret structures 120 have in each case a conductive layer 145 as the second capacitor electrode. The electret device can be at each second open end facing the environment of several spacers 140. The various electret structures 120 are surrounded in the manner of a ring, each time by a spacer 140. The oscillating membrane 111, common, is the first capacitor electrode at the other end of the four spacers 140 so that the electret structures 120 are separated. It could also be envisaged that the electret structures 120 of the different membranes 111 are separated from the environment. It can also have more than two electret structures 120, installed in an annular shape surrounded by at least one shim 140.
NOMENCLATURE DBS ELEMENTS PRINCIPAUX 5-60 Etapes du procédé de fabrication d’un dispositif à électret 80 Courbe de température du traitement thermique pour éliminer le solvant 110 Membrane électro-conductrice 111 Membre comme première électrode de condensateur 120 Structure à électret 130 Diélectrique 135 Transducteur sonore capacitif 136 Transducteur sonore capacitif 140 Cale d’épaisseur / organe d’écartement 145 Couche conductrice 150 Plaque de supportNOMENCLATURE DBS MAIN ELEMENTS 5-60 Stages in the process of manufacturing an electret device 80 Heat treatment temperature curve to remove the solvent 110 Electro-conductive membrane 111 Member as the first capacitor electrode 120 Electret structure 130 Dielectric 135 Sound transducer capacitive 136 Capacitive sound transducer 140 Thickness gauge / spacer 145 Conductive layer 150 Backing plate
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