Brevet FR2730551A1 — publié le 19960814

La présente invention a pour objet un procédé de raccordement étanche entre un organe mécanique et la paroi en verre d'un composant. De façon plus précise, la présente invention concerne un procédé qui permet d'assurer un raccordement étanche au liquide et au gaz entre un composant qui présente une paroi en verre munie d'un orifice pour un liquide et un organe également destiné à recevoir ce liquide. Ce problème se présente notamment mais non exclusivement dans le cas où l'on souhaite raccorder de façon étanche une micropompe du type à commande piézo-électrique ou un capteur, notamment un capteur de pression, dans lequel le corps de la pompe ou du capteur est constitué par un sandwich de verre et de silicium, le corps de ce capteur ou de cette pompe devant être raccordé de façon étanche à un récipient de stockage du liquide ou à une tubulure de sortie de la pompe. De façon encore plus précise, il existe encore un certain nombre de situations dans lesquelles il est nécessaire de réaliser une liaison étanche, y compris à la vapeur entre un organe tel qu'un capteur de pression ou une micropompe et une conduite de sortie ou un réservoir de stockage de liquide, cette organe ayant une paroi en verre ou en matériau analogue. C'est typiquement le cas de micropompes qui doivent être implantées dans le corps humain pour délivrer un débit parfaitement contrôlé de liquide.On comprend que, du fait de la présence d'une paroi en verre, la réalisation d'une liaison étanche est difficile, par les techniques classiques, car la liaison mécanique implique de soumettre l'ensemble à des températures élevées et à un refroidissement ultérieur, ce qui peut entraîner des contraintes mécaniques dans les pièces, ces contraintes pouvant affecter le fonctionnement de l'organe et même entraîner éventuellement ultérieurement une rupture de la liaison étanche. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de liaison hermétique entre un organe comportant une paroi en verre ou analogue et une pièce métallique de façon étanche et durable dans le temps. Pour atteindre ce but, le procédé de raccordement étanche entre un composant destiné à recevoir un liquide, ledit composant présentant au moins une paroi en verre munie d'un orifice pour ledit liquide, et un organe destiné également à recevoir ledit liquide, ledit composant présentant un orifice ménagé dans une face plane, se caractérise en ce qu'il comprend les étapes suivantes:: - on fournit un connecteur réalisé en silicium présentant un premier orifice débouchant dans une première face et un deuxième orifice débouchant dans une deuxième face plane; - on fixe de façon étanche ledit connecteur par sa première face sur ladite paroi en verre dudit composant de telle manière que lesdits orifices soient en regard; - on dépose sur la face plane dudit organe autour dudit orifice une couche d'or; - on dispose ladite face de l'organe recouverte d'or en regard de ladite deuxième face plane du connecteur avec contact de telle manière que les orifices coïncident; - on chauffe au moins la zone de contact desdites faces à une température T prédéterminée de telle manière qu'on crée un eutectique entre le silicium et l'or, par quoi on obtient une liaison mécanique étanche entre ledit connecteur et ledit organe. On comprend que, grâce à l'invention, on résout le problème de la liaison entre la paroi de verre et l'organe destiné à recevoir le liquide par l'interposition d'un connecteur en silicium et la mise en oeuvre d'une liaison mécanique par création d'un eutectique entre le silicium et l'or. Cet eutectique correspond à une température relativement basse qui évite ainsi d'introduire par contrainte thermique des forces induites dans l'ensemble constitué par les deux pièces raccordées. De préférence, ledit organe est en titane, cet organe pouvant être par exemple la paroi d'un récipient dans lequel est stocké le liquide à distnbuer, par exemple par une micropompe ou la tubulure de sortie de la micropompe. De préférence, le connecteur en silicium est fixé sur la paroi en verre du composant par soudage anodique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles: - la figure 1 est une vue en perspective simplifiée d'une micropompe; - la figure 2 est une vue en coupe verticale de la micropompe de la figure 1 sur laquelle sont raccordés respectivement une conduite et un réservoir par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; - la figure 3 est une vue de dessus d'un connecteur en silicium utilisé dans la mise en oeuvre du procédé ; et - la figure 4 est une vue en coupe verticale selon le plan IV-IV de la figure 3. Comme on l'a déjà indiqué, l'invention s'applique notamment au raccordement étanche des orifices d'entrée et de sortie d'une micropompe à différents organes. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement une telle micropompe qui est constituée par une première paroi en verre 10 dans laquelle sont ménagés respectivement un orifice d'entrée et un orifice de sortie de la pompe, une plaque de silicium 12 constituant une membrane déformable et deux pièces de verre 14 et 16 fixés sur l'autre face de la plaque de silicium 12 en laissant une partie de la face externe 12a de la membrane de silicium libre. Pour éviter l'introduction de contraintes mécaniques dans cette structure, la liaison entre le verre 10, 14, 16 et le silicium 12 est réalisée de préférence par soudage anodique.Cette technique connue en soi consiste à porter l'ensemble des pièces en silicium et en verre à une température de l'ordre de 300-C et à placer ce sandwich entre deux électrodes en contact avec les plaques de silicium et de verre en appliquant un potentiel négatif de l'ordre de -800 volts à l'électrode appliquée contre le verre. On obtient ainsi une soudure étanche à relativement basse température entre la membrane de silicium et les différentes pièces de verre. Le fonctionnement de la pompe est commandé par un capteur piézo-électrique 18 qui est fixé sur la face nue 12a de la membrane en silicium 12. Les contraintes mécaniques induites par la commande électrique du capteur piézo-électrique 18 provoquent des déformations de la membrane 12, ce qui commande l'entrée et la sortie du liquide dans la micropompe. En se référant maintenant à la figure 2, on va décrire la mise en oeuvre de l'invention pour réaliser une connexion étanche entre la micropompe 20 de la figure 1 et, d'une part, une conduite de sortie 22 et, d'autre part, un réservoir de stockage du liquide 24. Sur cette figure, on a représenté l'orifice de sortie 26 et l'orifice d'entrée 28 de la pompe qui sont respectivement percés dans la plaque de verre 10. Pour réaliser la liaison étanche entre l'orifice 26 de sortie ménagé dans la plaque 10 et la tubulure 22 qui est de préférence réalisée en titane, on commence par fixer un connecteur en silicium 30 en regard de l'orifice 26 sur la face externe de la plaque de verre 10. Les figures 3 et 4 montrent un exemple de réalisation de ce connecteur. Il comporte bien sûr un orifice axial 32 et une première face plane de surface réduite 34 destinée à être fixée sur la plaque de verre 10 de la micropompe et une deuxième face plane de surface plus importante 36 destinée à être fixée sur une extrémité de la conduite 22. La face 34 du connecteur 30 est soudée sur la plaque de verre 10 par une technique de soudage anodique déjà décrite. Avant de mettre en place la tubulure 22, on réalise sur sa face plane de connexion 22a un dépôt d'or d'épaisseur réduite 38. Ce dépôt peut être réalisé par toute technique convenable, par exemple par pulvérisation, par électrodéposition, par fusion ou par une combinaison de ces techniques. Dans un deuxième temps, on dispose en regard l'extrémité 22a munie de son dépôt d'or 38 avec la face de connexion 36 du connecteur 30. On élève localement la température à une valeur de l'ordre de 400-C. A cette température on réalise un eutectique entre le silicium dont est constitué le connecteur 30 et le dépôt d'or, ce qui assure une liaison mécanique étanche entre l'extrémité de la conduite 22 et le connecteur 30. En outre, cette liaison est obtenue à une température relativement basse, de l'ordre de 400in, ce qui permet d'éviter l'introduction de contraintes thermiques dans l'ensemble constitué par le corps de la micropompe et la tubulure 22. Sur la figure 2, on a également représenté la liaison étanche entre la conduite d'entrée 26 de la micropompe 20 et un orifice de sortie 40 du réservoir 24 contenant le liquide destiné à circuler dans la pompe. On utilise la technique déjà décrite qui consiste à fixer un deuxième connecteur 30' sur la plaque de verre 10 en regard de l'orifice 28 à réaliser un dépôt d'une mince couche d'or 38' sur la face de la paroi du réservoir autour de l'orifice 40 puis à chauffer l'ensemble de telle manière que, aux alentours de 400-C, on obtienne un eutectique entre l'or et le silicium. Les deux organes, c'est-à-dire le réservoir 24 et la tubulure 22, peuvent être réalisés avec le même matériau. On obtient ainsi une liaison mécanique étanche entre le réservoir, plus précisément son orifice 40, et le connecteur 30', c'est-à-dire entre le réservoir 24 et le corps de la micropompe 20. De préférence, le connecteur 30 ou 30' présente une surface relativement importante pour sa face 36 destinée à être fixée sur l'embout de la tubulure 22 ou sur la plaque du réservoir 24. En revanche, la surface de l'extrémité 36 destinée à être fixée sur la plaque de verre est relativement réduite. Cette disposition permet une meilleure répartition des contraintes thermiques, ce qui favorise le relâchement des contraintes internes mécaniques. Une partie des contraintes est absorbée par l'or qui est un métal relativement mou. La plus grande partie du reste des contriantes est absorbée par le connecteur en silicium, ce dernier matériau étant très résistant. Sur la figure 2, on a montré que la tubulure 22 est fixée par le connecteur 30 sur la micropompe. En revanche, il est important que la tubulure 22 ne soit pas solidaire rigidement de la plaque 42 formant le réservoir 24. En effet, cela induirait des contraintes au niveau des connecteurs 30 et 30' du fait de la différence de coefficients de dilatation thermique entre le verre et le matériau dont est faite la paroi 42. Pour résoudre ce problème, la tubulure 22 traverse librement la paroi 42 par un orifice 44. L'étanchéité entre la plaque 42 et la tubulure 22 peut être réalisée avec un dépôt d'un matériau à faible température de prise telle qu'une calle 46. Dans l'exemple décrit précédemment, on a envisagé le cas d'une micropompe. Il va de soi que le procédé selon l'invention peut être utilisé par la liaison étanche entre d'autres composants présentant une paroi en verre ou analogue et d'autres organes tels que tubulures, réservoirs, etc., dans lesquels doit circuler un liquide. REVENDICATIONS 1. Procédé de raccordement étanche entre un composant (20) destiné à recevoir un liquide, ledit composant présentant au moins une paroi en verre (10) munie d'un orifice pour ledit liquide, et un organe (22, 24) destiné également à recevoir ledit liquide, ledit composant présentant un orifice ménagé dans une face plane, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes:: - on fournit un connecteur (30, 30') réalisé en silicium présentant un premier orifice débouchant dans une première face (34) et un deuxième orifice débouchant dans une deuxième face plane (36); - on fixe de façon étanche ledit connecteur par sa première face sur ladite paroi en verre de telle manière que lesdits orifices soient en regard; - on dépose sur la face plane dudit organe autour dudit orifice une couche d'or (38); - on dispose ladite face de l'organe recouverte d'or en regard de ladite deuxième face plane du connecteur avec contact de telle manière que les orifices coïncident; - on chauffe au moins la zone de contact desdites faces à une température T prédéterminée de telle manière qu'on crée un eutectique entre le silicium et l'or, par quoi on obtient une liaison étanche entre ledit connecteur et ledit organe. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit organe (22, 24) est en titane. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit connecteur (30, 30') est fixé sur ladite paroi en verre du composant par soudage anodique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite température T est inférieure à 400-C. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la surface de la première face (34) dudit connecteur est réduite par rapport à celle de sa deuxième face (36). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit composant (20) est une micropompe et ledit organe est une tubulure (22) et/ou un réservoir (24).