Brevet FR2717035A1 — publié le 19950908

La présente invention concerne les connexions des pastilles de composants semi-conducteurs, et elle concerne plus précisément un appareil de réalisation d'une connexion électrique à un composant semi- conducteur d'un capteur à semi-conducteur, par exemple un capteur de pression. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 001 934 décrit un capteur de pression à semi-conducteur qui comprend une pastille de silicium ayant une périphérie annulaire circonférentiellement continue et un diaphragme central non perforé recouvrant la périphérie dans une construction mono- lithique qui présente une symétrie circonférentielle autour de l'axe de la périphérie. Des capteurs à jauge dynamo- métrique sont incorporés à la pastille pour la formation d'un ensemble solidaire de la pastille, et ils ont une construction et une disposition telles qu'ils transmettent des signaux électriques en fonction de la flexion du diaphragme central par rapport à la périphérie de la pastille. Deux embouts sont reliés à la périphérie de la pastille sur les côtés opposés du diaphragme. Chaque embout forme une cavité hermétiquement scellée sur le côté associé du diaphragme, chaque cavité présentant une symétrie circonférentielle par rapport à l'axe central du capteur. Un boîtier entoure à l'extérieur la pastille et une partie des embouts. Des bornes électriques sont supportées par le boîtier et sont connectées à des fils d'alimentation qui dépassent à l'extérieur de la périphérie de la pastille. Comme décrit dans ce brevet, les capteurs à semi- conducteur de ce type ont un certain nombre d'applications. Dans la réalisation préférée décrite dans ce brevet, le capteur est disposé dans un circuit de distribution de carburant d'un moteur à combustion interne de manière qu'il soit sensible à la pression du carburant transmis au moteur par une pompe à moteur électrique et qu'il commande l'appli- cation d'énergie électrique à la pompe en fonction de cette pression de carburant. Il est important, dans une telle application du capteur ainsi que dans d'autres, que le capteur ait une construction robuste et de faible encombrement et soit constitué d'un matériau compatible avec le milieu entourant le capteur, par exemple l'essence et/ou des mélanges carburants d'essence et d'alcool. Le procédé de réalisation de la connexion électrique à la partie de détection de la pastille semi-conductrice constitue un élément critique de l'ensemble du capteur, c'est-à-dire constitue la partie de l'ensemble qui est particulièrement fragile, sensible à la corrosion et sujette à des pannes et en conséquence dont la réalisation est la plus coûteuse. La présente invention a de façon générale pour objet la réalisation d'un ensemble de connexion à une pastille semi-conductrice dans lequel les fonctions d'exécution de la connexion électrique à la pastille semiconductrice et de mise en coopération étanche avec la pastille semi- conductrice sont réalisées par des composants séparés si bien que chaque élément peut être optimisé d'après sa propre fonction, et l'ensemble d'étanchéité avec la pastille semi- conductrice assure non seulement l'étanchéité complète empêchant les fuites de fluide, mais aussi l'isolement complet de la pastille contre les contraintes mécaniques, et l'ensemble de connexion est isolé du fluide détecté et de l'atmosphère qui l'entoure, et sa fabrication et son montage sont peu coûteux. Un ensemble de connexion de pastille semi-conductrice selon la présente invention comprend une pastille semi- conductrice ayant une face de pastille portant plusieurs plages conductrices (c'est-à-dire au moins deux) pour la connexion électrique à la pastille. Un substrat a une face opposée à la face de la pastille, portant plusieurs plages conductrices placées sur la face du substrat, et des conducteurs sont aussi portés par le substrat afin qu'ils assurent la connexion électrique aux plages conductrices. Une garniture est disposée de manière étanche entre les faces de la pastille et du substrat et elle a des ouvertures la traversant entre les plages de la pastille et les plages du substrat qui sont disposées par paires de plages opposées. Un élément conducteur de l'électricité séparé de la garniture est placé sur chaque ouverture débouchante de la garniture en contact électrique avec les plages du substrat et de la pastille si bien que la connexion électrique de la pastille aux conducteurs portés par le substrat est exécutée. Les éléments conducteurs ont une construction élastiquement compressible et sont de préférence choisis dans le groupe comprenant des élastomères conducteurs, des ressorts conducteurs, des pinces conductrices et des lopins de métal conducteur. La pastille et la garniture sont enfermées par un boîtier monté sur le substrat. Un joint d'étanchéité est disposé dans le boîtier afin qu'il isole la pastille des contraintes mécaniques appliquées par le boîtier. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de référence, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation et en coupe d'un capteur de pression à semi-conducteur dans un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention; la figure 2 est une vue éclatée en perspective du capteur de pression représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue en perspective de la face inférieure de la pastille semi-conductrice avec l'orien- tation de la figure 1; et la figure 4 est une coupe en élévation analogue à la figure 1, mais représentant une variante de l'invention. Les enseignements du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 5 001 934 sont incorporés au présent mémoire car ils concernent un capteur de pression à semi-conducteur utilisé dans une application de commande d'un circuit de distribution de carburant d'un moteur à combustion interne. Les figures 1 à 3 représentent un ensemble 10 formant capteur de pression dans une réalisation actuellement préférée de l'invention, comprenant une pastille semi- conductrice 12 ayant une partie ou région 14 constituant un diaphragme central et une partie périphérique agrandie 16, avec une construction monolithique. Quatre plages conductrices de l'électricité 18 (figure 3) sont formées par impression ou autrement aux quatre coins de la pastille 12 et entourent la partie centrale de diaphragme de la pastille. Les plages conductrices 18 sont connectées convenablement à la partie centrale de la pastille qui est sensible aux pressions de fluide qui lui sont appliquées et à la flexion correspondante du diaphragme pour la création de signaux électriques en fonction de la pression du fluide. La face plate 20 de la pastille 12 sur laquelle sont disposées les plages conductrices 18 est séparée par une garniture 22 de la face plate opposée 24 de la carte 26 de circuit imprimé. Les plages conductrices 28 sont imprimées la face 24 de la carte 26 de circuit, avec des pistes conductrices 30 qui relient les plages 28 aux plages 32 le long du bord 34 de la carte ou à des broches ou à un circuit monté sur la carte, à d'autres pastilles placées sur la carte ou à des broches de connexion placées sur la carte. La garniture 22 a plusieurs ouvertures débouchantes espacées 36 entre les plages opposées 18, 28 de la pastille et de la carte de circuit, disposées par paires respectives opposées dans l'ensemble monté. Plusieurs éléments conducteurs de l'électricité 40 sont placés dans l'ensemble dans les ouvertures respectives 36 de la garniture afin qu'ils forment la connexion électrique entre les paires opposées de plages conductrices 18, 28 de la pastille et de la carte de circuit, et assurent ainsi la connexion électrique entre la pastille semi-conductrice et les plages 32 des bords de la carte. Un boîtier avant 42 et un boîtier arrière 44 sont montés par des organes 46 de retenue sur les faces opposées de la carte 26 du circuit. Les organes 46 de retenue passent dans les ouvertures alignées formées dans la carte 26 du circuit, les périphéries des garnitures 22, 52 et les tronçons 42, 44 de boîtier, si bien que non seulement ces éléments sont serrés mais en outre ils sont maintenus sous forme alignée lors du montage. La pastille 12 et la garniture 22 sont placées dans une cavité 47 à l'intérieur du boîtier arrière 44, un support éventuel 48 de pastille et un joint d'étanchéité 40 de pastille sont placés dans la cavité 47 entre la face arrière de la pastille 12 et la paroi opposée du boîtier 44. Une garniture 52 est placée de manière analogue entre le boîtier avant 42 et la face opposée de la carte 26 du circuit. Un orifice avant 54 de fluide est formé par des ouvertures alignées placées au centre dans le boîtier avant 42, la garniture 52, la carte 26 du circuit et la garniture 22 afin que la partie centrale 14 du diaphragme de la pastille semi-conductrice 12 puisse être atteinte par le fluide. Les garnitures 22, 52 comprimées entre la carte 26 et les tronçons respectifs 44, 42 de boîtier ferment de manière étanche l'orifice 54 et empêchent les fuites du fluide. De même, un orifice arrière 56 est formé par des ouvertures alignées placées au centre dans le tronçon 44 de boîtier, le joint 50 d'étanchéité de pastille et le support 48 de pastille afin que le fluide ait accès à la face arrière du tronçon 14 de diaphragme de la pastille semi-conductrice, le joint d'étanchéité 50 et le support 48 empêchant encore les fuites du fluide par l'orifice 56. La pastille semi-conductrice 12 est formée de tout matériau semiconducteur convenable, et la carte 26 de circuit est formée de manière analogue d'un matériau isolant convenable compatible avec les fluides avec lesquels le capteur doit être utilisé. Les garnitures 22, 52 sont formées de manière analogue d'un matériau compatible aux fluides, de préférence de construction élastomère. Des éléments conducteurs 40 placés dans les ouvertures 36 de la garniture et qui caractérisent particulièrement l'invention sont formés avec une construction compressible élastiquement et sont choisis de préférence dans le groupe qui comprend les élastomères conducteurs, les ressorts conducteurs, les pinces conductrices et les lopins d'un métal conducteur malléable. Du caoutchouc imprégné de carbone est particulièrement avantageux. Les éléments conducteurs 40 ont de préférence, mais non obligatoirement, une composition qui est compatible avec les fluides avec lesquels le capteur est destiné à être utilisé, en cas de fuite du fluide le long de la garniture 22. Le support 48 de la pastille est de préférence formé d'une composition de verre ou de céramique, et le joint 50 d'étanchéité de la pastille est de préférence formé d'un matériau compressible compatible avec les fluides présents, par exemple un élastomère convenable. Les tronçons 42, 44 de boîtier peuvent être formés d'une composition métallique ou de matière plastique compatible avec les fluides présents. Tous les éléments de boîtier, d'étanchéité et de garniture ont aussi de préférence des compositions compatibles mutuellement en fonction des caractéristiques de variation avec la température dans les conditions de fonctionnement nominales. Lors du montage, le support 48 de la pastille, lorsqu'il est utilisé, est d'abord collé à la pastille 12 à l'aide d'un adhésif convenable ou par une autre technique, par exemple par liaison anodique. La garniture 22 est placée sur la surface arrière plate 24 de la carte 26 et les éléments conducteurs 40 sont positionnés dans les ouvertures 36 de la garniture. La pastille 12 et la combinaison préalablement montée du support 48 et du joint d'étanchéité sont alors montés sur la pastille 12, et le boîtier arrière 44 est positionné sur la pastille, la garniture et les éléments d'étanchéité. La garniture 52 est alors placée à l'intérieur du boîtier avant 42, et les organes 46 de retenue sont fixés mutuellement afin qu'ils forment un ensemble à boîtier fermé, la carte 26 du circuit en dépassant. Les garnitures 22, 52 sont comprimées lors du montage des tronçons de boîtier, de même que le joint 50 d'étanchéité et les éléments conducteurs 41. La compression des éléments conducteurs assure un contact électrique et mécanique robuste avec les paires opposées de plages métalliques de la pastille et de la carte. Le joint d'étanchéité 50 de la pastille isole la pastille 12 des contraintes de serrage appliquées par le boîtier 44 et, par l'intermédiaire du boîtier 44, par la garniture 22 (qui constitue aussi un isolateur des contraintes) et la carte 26. Le joint 50 d'étanchéité de pastille et la garniture 22 isolent aussi la pastille 12 des contraintes de choc et mécaniques appliquées au boîtier et à la carte du circuit pendant l'installation et l'utilisation du capteur. Pendant le fonctionnement, les signaux électriques créés par flexion du tronçon central 14 de la pastille sont transmis des plages conductrices 18 de la pastille par les éléments conducteurs 40 aux plages conductrices 28 de la carte du circuit afin qu'elles puissent être utilisées sur cette carte ou en dehors de celle-ci. La figure 4 représente une variante de capteur 60 et les références numériques identiques à celles qui sont utilisées sur les figures 1 à 3 désignent des éléments qui leur correspondent. Le mode de réalisation 60 de la figure 4 diffère du mode de réalisation 10 de la figure 1 en ce que le support 48 de pastille de la figure 1 est éliminé, et le joint d'étanchéité 62 de pastille de la figure 4 est réalisé afin au'il coopère axialement avec la face arrière de la pastille 12 directement et entoure la périphérie de la pastille 12 afin que l'isolement de la pastille contre les contraintes et les vibrations soit meilleur. Par ailleurs, le capteur 60 de la figure 4 a une structure et un fonctionnement identiques à ceux du capteur 10 des figures 1 à 3. Il faut noter que, bien que l'ensemble de connexion de pastille selon l'invention ait été décrit en référence à un capteur de pression, d'autres applications conviennent sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, l'invention peut être mise en oeuvre dans le cas des capteurs de pression absolue (suppression de l'orifice 56), des accéléromètres ou d'autres ensembles à pastille semi- conductrice qui doivent être montés et isolés par rapport à des fluides hostiles. La carte 26 de circuit peut avoir une construction classique comme représenté sur les figures, et elle peut comprendre des éléments conducteurs moulés sous forme rapportée dans un substrat isolant, ou tout autre dispositif capable de former une connexion électrique avec la pastille. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Ensemble de connexion d'une pastille semi- conductrice, caractérisé en ce qu'il comprend: une pastille semiconductrice (12) ayant une face de pastille munie de plusieurs plages conductrices (18) de pastille sur cette face afin qu'elles permettent la formation d'une connexion électrique avec la pastille, un substrat (26) ayant des dispositifs conducteurs (30, 32) et une face opposée à la face de la pastille et "0 plusieurs plages conductrices (28) sur cette face, une garniture (22) disposée de manière étanche entre les faces de la pastille et du substrat et ayant plusieurs ouvertures (36) qui la traversent entre les plages conductrices de la pastille et du substrat, et des dispositifs (40) conducteurs de l'électricité, séparés de la garniture et placés dans les ouvertures (36) de celle-ci en contact électrique avec les plages conduc- trices (18, 28) du substrat et de la pastille, afin qu'ils assurent la connexion électrique de la pastille semi- conductrice aux dispositifs conducteurs formés sur le substrat. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un boîtier (42, 44) entourant la pastille (12) et la garniture (22), et un dispositif (50) de support de pastille placé entre la pastille et le boîtier et destiné à isoler la pastille des contraintes appliquées par le boîtier. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif (50) d'isolement comporte un dispositif élastomère placé entre la pastille et le boîtier. 4. Ensemble selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif élastomère (50) forme un joint d'étanchéité entre la pastille et le boîtier. 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de communication physique externe avec la pastille. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications l à 5, caractérisé en ce que les dispositifs (40) conduc- teurs d'électricité sont des dispositifs ayant une construction élastiquement compressible. 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce que les dispositifs (40) conducteurs de l'électricité sont choisis dans le groupe qui comprend les élastomères conducteurs, les ressorts conducteurs, les pinces conductrices et les lopins de métal conducteur.