Brevet FR2689975A1 — publié le 19931015

Capteur de pression et son procédé de fabrication L'invention concerne un capteur de pression comprenant un boîtier, une plaque comportant une zone avec une membrane et un support intermédiaire sur lequel est montée la plaque et qui est relié au boîtier à l'aide d'une colle, et un procédé pour la réalisation du capteur de pression dans lequel une plaque comprenant une zone avec une membrane et un support intermédiaire sont reliés l'un à l'autre et le support intermédiaire est collé à un boîtier, une colle étant appliquée sur le boîtier et/ou sur le support intermédiaire. Un capteur de pression et un procédé de ce type sont connus par exemple par le document EP O 140 992 Al Le support intermédiaire est constitué par un substrat de verre alors que la plaque peut être réalisée en un matériau semiconducteur tel que du silicium Le support intermédiaire a pour fonction d'isoler la plaque du boîtier Le boîtier est constitué en général en un métal tel que de l'acier. Un problème posé par les capteurs de pression de ce type est le fait que la plaque et le boîtier présentent des coefficients de dilatation thermique fortement différents Quand le boîtier se dilate plus fortement que la plaque à membrane quand il y a augmentation de la température, ceci peut provoquer des tensions dans la membrane qui faussent les résultats de la mesure On cherche alors à diminuer une partie des tensions provoquées par les coefficients de dilatation thermique différents au moyen du support intermédiaire ou de sa fixation, Lorsque les pressions sont petites, il suffit d'utiliser une colle élastique qui peut égaliser les tensions mécaniques et qui admet donc un certain déplacement relatif entre le support intermédiaire et le boîtier. Quand les pressions sont plus élevées, on utilise cependant dans le EP O 140 992 Ai une autre couche entre le support intermédiaire et le boîtier, qui présente sensiblement le même coefficient de dilatation thermique que la plaque, pour diminuer la tensions provoquées par une modification de la température. Une constitution similaire est décrite dans le document EP O 317 664 Ai Dans ce cas, une plaque de support et une plaque de base sont collées au moyen d'une couche de colle élastique La plaque de base sur laquelle sont montés le support intermédiaire et la plaque comprenant la membrane est serrée avec la plaque de support au moyen d'un élément de serrage. Le brevet US No 4 364 276 décrit un indicateur de pression différentielle pour des pressions de système relativement importantes. La plaque de silicium qui sert de capteur proprement dit est montée sur un substrat en verre qui est fixé sur une couche de support en métal, par exemple en un alliage fer-nickel, la liaison entre les trois couches étant réalisée à l'aide d'une technique de collage Dans ce capteur de pression, la partie en métal agit en tant que couche de soutien pour le substrat de verre, ce qui fait que le capteur peut également fournir un résultat de mesure précis même pour des pressions de système élevées sans être déformé par les pressions hydrostatiques élevées qui apparaissent. Le DE 39 37 522 Ai décrit un autre capteur de pression à semiconducteur pouvant être également utilisé pour des pressions relativement élevées A cette fin, le support intermédiaire qui supporte la membrane est relié au boîtier en utilisant une garniture en élastomère Lorsque la pression appliquée à la membrane augmente, la pression appliquée à la garniture en élastomère augmente également, ce qui fait que l'étanchéité s'améliore quand la pression augmente. L'invention a pour but de proposer un capteur de pression qui soit de constitution aussi simple que possible et qui puisse être utilisé pour des charges en pression statiques et pulsantes élevées, ainsi qu'un procédé pour réaliser un tel capteur de pression. Ce but est atteint pour un capteur de pression du type mentionné dans le préambule du fait que la colle est disposée dans une rainure comprise entre le boîtier et le support intermédiaire, qui limite le mouvement de la colle au moins dans une direction transversale à la direction de la pression. On évite ainsi que la colle, lorsque les sollicitations en pression sont élevées, soit refoulée d'entre le boîtier et le support. Ceci provoquerait une diminution ou même la perte de la force de retenue entre le boîtier et le support intermédiaire déterminée par la colle Du fait que le mouvement de la colle transversalement à la direction de la pression est limité dans au moins une direction, il est vrai qu'un fluage de la colle est fondamentalement possible quand il y a augmentation de la pression, mais un échappement complet de la colle hors de l'espace intermédiaire entre le boîtier et le support intermédiaire est impossible Quand les pressions sont plus faibles, la colle doit être suffisamment élastique mais en position d'absorber les tensions entre le support intermédiaire et le boîtier, de manière à éviter qu'apparaissent des distorsions de la plaque et de ce fait des distorsions de la membrane. Selon un mode de réalisation avantageux, il est prévu que le support intermédiaire comprend une zone centrale autour de laquelle est constituée la rainure, cette rainure comportant une surface limite empêchant un mouvement de la colle vers la zone centrale En d'autres termes, il est constitué dans la zone centrale du support intermédiaire une butée qui limite un mouvement l'un vers l'autre du support intermédiaire et du boîtier avant que le support intermédiaire et le boîtier viennent s'appliquer complètement l'un sur l'autre. Ainsi, il existe de toute manière autour de la zone centrale un espace dans lequel peut subsister la colle Les forces provoquées par les pressions isostatiques qui agissent sur la plaque et la membrane peuvent être ainsi absorbées sans que la colle soit complètement refoulée de la rainure Il en résulte un effet du type à auto-blocage. La surface limite peut être constituée de diverses manières. D'une part la surface limite de la rainure peut être constituée par une surface périphérique d'une saillie s'étendant à partir du boîtier en direction du support intermédiaire La saillie peut également être constituée sur le support intermédiaire et s'étendre en direction du boîtier Finalement, on peut aussi réaliser la surface limite au moyen d'une plaque intermédiaire disposée entre le boîtier et le support intermédiaire et dont la surface périphérique sert de surface limite. Dans les trois cas, avant que le support intermédiaire et le boîtier viennent s'appliquer complètement l'un sur l'autre, ce qui provoquerait une expulsion de la colle, le résultat que l'on obtient est une barrière mécanique assurant à la rainure un volume minimal prédéterminé. En outre, il est très avantageux que la surface limite entoure une zone sans colle par laquelle passe un canal de contre-pression qui traverse le boîtier Quand le capteur de pression est constitué sous forme d'un capteur de pression différentielle, des pressions peuvent ainsi être appliquée sur la membrane par les deux côtés Il s'est alors révélé comme particulièrement avantageux que grâce à la surface limite, la colle soit empêchée de parvenir dans le canal de contre- pression lors de la fabrication, et le ferme ou le rétrécisse. Avantageusement, les surfaces de frottement adjacentes du boîtier ou du support intermédiaire présentent un poli amélioré Ceci diminue le frottement entre le support intermédiaire et le boîtier, ce qui fait que dans le cas de dilatations différentes du boîtier et du support intermédiaire en raison de modifications de la température, on est assuré d'une mobilité relativement libre entre les deux parties. La rainure présente de préférence une épaisseur comprise dans la plage de quelques centièmes de millimètres Cette épaisseur dans cette région suffit pour y mettre suffisamment de colle pour que d'une part on soit assuré d'une fixation fiable entre le support intermédiaire et le boîtier, et que d'autre part la couche reste toujours suffisamment élastique dans le cas de faibles pressions, de manière à égaliser les tensions mécaniques entre le support intermédiaire et le boîtier. En ce qui concerne le procédé du type indiqué dans le préambule, le but visé est atteint par la réalisation d'une surface limite pour la colle avant l'application de cette dernière Cette surface limite qui arrête la colle peut être réalisée par exemple, comme indiqué plus haut, en constituant des saillies sur le boîtier ou sur le support intermédiaire, ou en utilisant une plaque intermédiaire que l'on met sur le boîtier et/ou sur le support intermédiaire avant l'application de la colle. L'invention va maintenant être expliquée plus en détail dans ce qui suit au moyen de modes de réalisation préférés et en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un capteur de pression, la figure 2 est une vue en coupe partielle selon la ligne A-A de la figure 1, la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne B-B de la figure 2, la figure 4 représente un mode de réalisation différent de celui de la figure 3, et la figure 5 représente un autre mode de réalisation encore. Un capteur de pression 1 comprend une plaque 2 avec une membrane 3 et qui est reliée à un support intermédiaire 4 Le support intermédiaire 4 est relié de son côté à l'aide d'une colle élastique 5 à un boîtier 6. Le bottier 6 est réalisé en métal Le support intermédiaire 4 est constitué par un substrat en verre La plaque 2 comprenant la membrane 3 est constituée en silicium Dans la membrane 3 sont incorporées de façon connue et non représentée des résistances ou autres composants électriques, par exemple par dopage Les propriétés électriques de ces composants se modifient quand la membrane 3 est soumise à une charge mécanique ou à une flexion L'importance de la modification des propriétés électrique de ces composants constitue une mesure de la pression qui est appliquée à la membrane 3. Des composants électriques qui ne sont pas représentés partent des conducteurs électriques 7 qui parviennent par un raccord 8 à un dispositif d'évaluation qui n'est pas représenté. Le support intermédiaire 4 et la plaque 2 sont disposés dans une chambre de pression 9 constituée dans le boîtier 6, qui est fermée par une membrane auxiliaire 10 et qui est remplie d'un agent de pression 11 qui est par exemple de l'huile de silicone Les pressions qui agissent sur la membrane auxiliaire 10 sont transmises par l'agent de pression Il à la membrane 3 de la plaque 2 et en provoque la flexion et de ce fait une modification des propriétés électriques des composants électriques, qui constitue une mesure de la pression qui est appliquée La membrane auxiliaire 10 peut être de son côté soumise à la pression de l'extérieur et par une ouverture 13 du boîtier 6. Pour utiliser le capteur de pression 1 en tant que capteur de pression différentielle, on prévoit un canal de contre-pression 12 qui passe dans le boîtier 6 et à travers le support intermédiaire 4 Des pressions peuvent parvenir sur l'autre côté de la membrane 3 en passant par le canal de contre-pression 12 La flexion de la membrane 3 est alors fonction de la différence entre les deux pressions sur les deux côtés de la membrane 3. Entre le boîtier 6 et le support intermédiaire 4 est disposée une plaque intermédiaire 14 ayant une épaisseur de par exemple 0,04 mm, un diamètre externe de 2 mm et comprenant un alésage d'un diamètre de 1 mm, et qui peut être réalisé en acier La plaque intermédiaire 14 comprend une périphérie extérieure 15 servant de surface limite pour la colle 5 Dans le même temps, la plaque intermédiaire 14 sert de butée s'opposant à un mouvement entre le boîtier 6 et le support intermédiaire 4 en direction l'un de l'autre Même dans le cas de fortes pressions, il subsiste un joint en colle 16 entre le boîtier 6 et le support intermédiaire 4, duquel la colle 5 ne peut être refoulée ou exprimée Le mouvement du boîtier 6 et du support intermédiaire 4 l'un vers l'autre est limité par la plaque intermédiaire 14 Dans le même temps, la plaque intermédiaire 14 empêche par sa périphérie externe 15 que la colle, même dans le cas de pressions élevées, puisse parvenir dans la zone centrale du support intermédiaire Quand la colle est refoulée vers l'extérieur dans le cas o les pressions sont élevées, il en subsiste toujours une quantité suffisante dans la rainure 16 pour maintenir la force de retenue entre le boîtier 6 et le support intermédiaire 4 On peut utiliser en tant que colle par exemple une colle au silicone, telle qu'un caoutchouc au silicone. La figure 4 montre un mode de réalisation modifié dans lequel les mêmes parties sont désignées par les mêmes références qu'aux figures 1 à 3, alors que les parties modifiées sont désignées par des références augmentées de 100 La plaque intermédiaire 14 a été remplacée dans ce cas par une saillie 17 constituée sur le boîtier 106, qui s'étend en direction du support intermédiaire 4 La saillie 17 forme d'une part une butée s'opposant au mouvement du support intermédiaire 4 et du boîtier 106 l'un vers l'autre, et limite d'autre part la rainure 16 de manière que la colle puisse il est vrai être refoulée vers l'extérieur de la rainure 16 mais ne puisse pas parvenir dans la zone centrale du support intermédiaire 4 Quand la colle 5 est appliquée sur le boîtier 106, la saillie 17 empêche dans le même temps la pénétration de la colle dans le canal de contre-pression 12. A la figure 5 o les mêmes parties sont désignées par les mêmes références qu'à la figure 1 et les parties modifiées par des références augmentées de 200, la plaque intermédiaire 14 a été remplacée par une saillie 18 constituée sur le support intermédiaire 204 et s'étendant en direction du boîtier 6 Cette saillie 18 remplit en principe la même fonction que la saillie 17 de la figure 4, ou de la plaque intermédiaire 14 des figures 1 à 3. REVENDICATIONS 1 Capteur de pression comprenant un boîtier, une plaque comportant une zone avec une membrane, et un support intermédiaire sur lequel est montée la plaque et qui est relié au boîtier à l'aide d'une colle, caractérisé en ce que la colle ( 5) est disposée dans une rainure ( 16) comprise entre le boîtier ( 6, 106) et le support intermédiaire ( 4, 204), qui limite le mouvement de la colle ( 5) au moins dans une direction transversale à la direction de la pression. 2 Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support intermédiaire ( 4, 204) comprend une zone centrale autour de laquelle est constituée la rainure ( 16), cette rainure ( 16) comportant une surface limite ( 15) empêchant un mouvement de la colle vers la zone centrale. 3 Capteur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface limite ( 15) de la rainure ( 16) est constituée par une surface périphérique d'une saillie ( 17) s'étendant à partir du boîtier ( 106) en direction du support intermédiaire ( 4). 4 Capteur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface limite ( 15) de la rainure ( 16) est constituée par une surface périphérique d'une saillie ( 18) qui s'étend depuis le support intermédiaire ( 204) en direction du boîtier ( 6). Capteur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface limite ( 15) de la rainure ( 16) est constituée par une surface périphérique d'une plaque intermédiaire ( 14) disposée entre le boîtier ( 6) et le support intermédiaire ( 4). 6 Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que la surface limite ( 15) entoure une zone sans colle par laquelle passe un canal de contre-pression ( 12) qui traverse le boîtier ( 6). 7 Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les surfaces de frottement adjacentes du boîtier ( 6, 106) ou du support intermédiaire ( 4, 104) présentent un poli amélioré. 8 Capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la rainure ( 16) présente de préférence une épaisseur comprise dans la plage d'au moins quelques centièmes de millimètres. 9 Procédé pour la réalisation du capteur de pression selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel une plaque comprenant une zone avec une membrane et un support intermédiaire sont reliés l'un à l'autre et le support intermédiaire est collé à un boîtier, une colle étant appliquée au boîtier et/ou au support intermédiaire, caractérisé en ce que l'on réalise une surface limite pour la colle avant l'application de la colle ( 5).