Brevet FR2716968A1 — publié le 19950908

Procédé de fixation d'un dispositif sensible sur un support et produit obtenu par le procédé La présente invention se rapporte, de manière générale, au montage de dispositifs sensibles tels des capteurs, sur un support et concerne, plus particulièrement, un procédé pour fixer de tels capteurs sur un support de manière à assurer une liaison souple selon une première et une deuxième directions et une liaison rigide selon une troisième direction, ainsi que le produit résultant du procédé. De nos jours, un nombre de plus en plus grand de capteurs sont réalisés en faisant appel aux technologies de fabrication des circuits intégrés ou à des techniques dérivées, telles celles du microusinage du silicium ou d'autres maténaux comme le quartz ou le verre. De tels capteurs allient des performances élevées à de faibles dimensions et un coût de fabrication très bas. Pour pouvoir être utilisés, ils doivent, au préalable, être montés sur un support qui assurera leur positionnement dans leur environnement d'application, voire leur connexion électrique à d'autres composants. La fixation des capteurs sur un support pose, souvent, plusieurs problèmes contradictoires. D'une part, il y peut y avoir lieu d'assurer un positionnement précis par rapport au support1 comme c'est le cas des capteurs optiques ou accélérométriques ou de permettre l'application d'une pression selon une direction, pour réaliser une opération de gbondingw (connexion électrique); d'autre part, il est, souvent, nécessaire d'assurer un découplage mécanique entre le support et le capteur. Ce découplage mécanique est notamment requis lorsque l'on désire que les dilatations du support, ou les vibrations dont il peut être le siège, ne soient pas transmises au capteur. Les techniques couramment utilisées pour réaliser l'assemblage du capteur et de son support sont, principalement, de deux types. La première technique est une brasure avec apport de métal qui peut être pratiquée à température relativement basse, (de l'ordre de 170 à 300 "C), avec des alliages à base de plomb, d'indium ou d'étain. Ces alliages sont assez souples mais présentent l'inconvénient de se fissurer avec le temps. D'autres brasures à base de cuivre ou d'or peuvent également être utilisées. Elles nécessitent des températures plus élevées, de l'ordre de 600 à 800 "C, et sont plus dures que les premières; ce qui ne permet pas de les utiliser lorsqu'un découplage mécanique important doit exister entre le capteur et son support. Lautre technique est le collage; il permet de réaliser une liaison isolante ou conductrice selon les composants de la colle utilisée. Plusieurs types de colle peuvent être employés selon l'application envisagée. Les colles de type époxyS sont souvent choisies en raison de leur stabilité, de leur facilité de mise en oeuvre, du faible dégagement de vapeurs lors de leur polymérisation et de leur bonne capacité d'adhérence à la plupart des matériaux. D'autres colles peuvent également être employées, tels les acrylates, les polyimides ou les polyuréthanes. Les inconvénients majeurs de ces dernières sont leur manque d'élasticité, d'une part, et leur grand coefficient de dilatation thermique, d'autre part. Ces inconvénients peuvent conduire à la dégradation des signaux ou à la détérioration des capteurs euxmêmes lorsque ceux-ci, montés sur leur support, sont soumis à de grandes variations de température. Aussi un objet de la présente invention est un procédé de montage d'un dispositif sensible, tel un capteur, sur un support ne présentant pas les inconvénients mentionnés précédemment. Un autre objet de l'invention est un procédé de montage qui, tout en réalisant un découplage mécanique entre le capteur et son support, permet d'assurer le positionnement précis de l'un par rapport à l'autre selon, au moins, une direction donnée. Encore un autre objet de l'invention est un procédé de montage, qui permet d'assurer une liaison rigide, selon au moins une direction donnée, entre le capteur et son support et une liaison souple selon les autres directions. Encore un autre objet de l'invention est le produit résultant de l'application du procédé de montage. Ces objets sont réalisés par l'invention, telle que décrite ci-après. Grince à la combinaison d'une structure rigide, de dimensions contrôlées, avec l'utilisation d'une colle souple, il est possible de garantir un positionnement précis du caFteur par rapport à une face du support et de s'affranchir des problèmes que pourrait poser une dilatation dudit support sous l'effet de la température. Par un choix appropné de la colle souple, celle-ci peut également faire office de filtre de vibrations ou de chocs, d'isclant ou, au contraire, de conducteur thermique. Par ailleurs, selon l'application envisagée, la colle souple peut être rendue électriquement isolante ou conductrice. La structure rigide est en matériau thermiquement conducteur. L'utilisation d'une structure rigide apporte, en outre, l'avantage de permettre l'application d'une force sur le capteur, une fois celui-ci fixé sur son support. Cela est notamment nécessaire lors d'une opération de "bonding", c' est-à-dire une opération de connexion électrique par fils, entre ledit capteur et son support. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préféré; ladite description étant faite à titre purement illustratif et en relation avec le dessin joint qui représente: - un capteur de pression monté sur un support auquel il est électriquement relié (Figure 1). La figure 1 montre un capteur de pression 10 réalisé, par exemple, à l'aide d'une technique de micro-usinage d'un substrat de silicium. Ce capteur de pression comporte une membrane mince 12 qui est susceptible de se déformer sous l'action d'une pression extérieure. La déformation de la membrane est détectée par la mesure de la variation correspondante de la capacité formée par la membrane, d'une part et une électrode fixe, d'autre part. L'électrode fixe ainsi que le volume de référence font partie intégrante de la partie 11 du capteur. Ce demier doit être monté sur un support 20, qui peut être un circuit imprimé, une piaque rigide ou tout autre élément dicté par l'application. Selon le procédé de l'invention, est disposée sur le support 20 une structure rigide 40, qui est destinée à assurer le positionnement précis du capteur par rapport au support et sa rigidité, au moins selon une direction perpendiculaire à ce dernier. Cette structure rigide peut, par exemple, être constituée par une trame ou une grille métallique, un réseau de fibres synthétiques, des billes ou, de façon générale, de tout autre élément rigide de dimensions calibrées et qui est structure de manière à laisser des espaces vides. Après le dépôt de la structure rigide, le capteur est positionné et est maintenu en contact avec celle-ci, par l'application d'une force de maintien perpendiculaire au plan du support, et une couche 50 de colle souple est appliquée et polymérisée. La colle 50 doit présenter une grande élasticité1 des propriétés d'adhérence suffisantes et n'être chimiquement agressive, ni par rapport au capteur, ni par rapport au support. Sa viscosité sera choisie de manière à pouvoir ne remplir que les espaces laissés libres par la structure rigide 40 et à ne pas se répandre ailleurs sur le substrat, d'une part, et en fonction du type d'application voulu, d'autre part. Les billes sont incorporées à la colle souple de manière à obtenir un mélange homogène et les étapes consistant à disposer la structure rigide et à déposer la colle souple sont effectuées en une seule et même opération, préalablement au positionnement et au maintien du dispositif sensible. A titre d'exemple, - ont été utilisées avec succès une trame de polyéthylène résistante à 120 "C comme structure rigide et une colle silicone commercialisée par la firme Dow Coming sous l'appellation XHIPEC Q1 92". Cette colle présente une viscosité de 150'000 mPa.s et une densité de 1,15 et elle polyménse en une heure à une température de 150 "C. Selon une variante du procédé de l'invention, la structure rigide 40 peut être auto-collante afin de faciliter le positionnement et le maintien du boîtier du capteur pendant les opérations ultérieures. Selon une autre variante du procédé de l'invention, la structure rigide est partie intégrante du boîtier du capteur 10 ou du support 20. Ceci peut être réalisé, par exemple, par attaque chimique, à travers un masque, des surfaces respectives ou par tout autre moyen approprié. Une fois la colle souple 50 polymérisée1 il est possible d'effectuer un "bonding", c'est-à-dire une connexion électrique par fils 13, entre des bornes de contact du capteur et les plages correspondantes d'un circuit, tel le circuit 30, ou du support lui-même. Cette opération de "bonding", qui nécessite de pouvoir appliquer une force sur le capteur, est rendue possible grâce à la présence de la structure rigide entre le capteur et son support. Dans certains cas, la connexion électrique du capteur à son environnement pourra avantageusement être réalisée par le biais de la structure rigide 40, pour autant que celle-ci soit en un matériau conducteur et que le fond du boîtier du capteur 10 soit, au moins partiellement, métallisé. Bien entendu, une pression suffisante sur le boîtier sera nécessaire pendant toute l'opération de collage, afin de pouvoir garantir un bon contact électrique et prévenir tout dépôt de colle entre la structure rigide et le boîtier, d'une part, et entre la structure rigide et le substrat, d'autre part. Enfin, lorsque le capteur a été fixé à son support et, éventuellement, électriquement connecté, l'ensemble peut être enrobé (à l'exception, toutefois, des parties sensibles du capteur, telle la membrane 12) à l'aide d'un matériau 60, par exemple plastique ou gel de silicone, résistant à l'humidité. Ces techniques d'enrobage sont bien connues de l'homme du métier et ne seront pas décrites plus avant Le procédé de l'invention sera avantageusement utilisé pour améliorer les performances et la stabilité des capteurs montés et disposés, notamment, dans un environnement perturbé; par exemple, dans le cas où le support subit des variations importantes de température ou peut être sujet à des chocs ou le siège de vibrations mécaniques. Le procédé de l'invention constitue, également, un avantage lorsque le capteur doit être précisément positionné par rapport à une surface de référence. C'est souvent le cas, par exemple, des capteurs d'accélération ou encore des détecteurs optiques. Revendications 1. Procédé de fixation d'un dispositif sensible sur un support, permettant d'assurer le positionnement précis et rigide dudit dispositif par rapport au support selon une direction et une liaison souple selon les autres directions, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: - disposer une structure rigide de dimensions calibrées sur une face dudit support à l'emplacement de fixation prévu, - positionner et maintenir ledit dispositif sensible sur ladite structure rigide, et - déposer et polymériser une colle souple dans les interstices de ladite structure rigide de façon à assurer la liaison entre ledit dispositif sensible, ladite structure rigide et ledit support. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure rigide est auto-collante. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure rigide est une trame métallique. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure rigide est un réseau de fibres. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure ngide est réalisée par structuration de la surface dudit support. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure rigide est réalisée par structuration de la surface boîtier dudit dispositif sensible. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure rigide est constituée par des billes. 8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites billes sont incorporées à ladite colle souple de manière à obtenir un mélange homogène et en ce que les étapes consistant à disposer ladite structure rigide et à déposer ladite colle souple sont effectuées en une seule et même opération, préalablement au positionnement et au maintien dudit dispositif sensible. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure rigide est en un matériau électriquement conducteur. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure rigide est en un matériau thermiquement conducteur. 11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, une étape d'enrobage à l'aide d'un matériau isolant et résistant à l'humidité. 12. Produit obtenu à l'aide du procédé selon l'une quelconque des revendications 1à10.