Brevet FR2783048A1 — publié le 20000310

L'invention concerne un procédé de fixation d'un capteur micromécanique à semi-conducteur dans un boîtier, ainsi qu'un agencement de capteur comportant un capteur micromécanique disposé dans un évidement d'un boîtier. Par le brevet EP 0 548 470 B1, on connaît un agencement de capteur comportant un capteur de pression micromécanique. Le capteur de pression est protégé au moyen d'un recouvrement anticorrosion constitué de plusieurs couches. Un gel de silicone sert de première couche du recouvrement et d'agent de transmission de pression. Par le brevet US 4 866 989, on connaît un transducteur de pression qui comporte une pastille sur la face inférieure d'une paroi d'une fixation de capteur. La pastille est fixée à la paroi au moyen d'un anneau d'étanchéité en silicone. La pastille et l'anneau d'étanchéité sont recouverts d'un gel de silicone. Le gel de silicone protège la pastille d'un fluide dont la pression est mesurée. La demande de brevet allemand DE 197 03 206 Al concerne une pièce de capteur de pression comportant un raccord de tuyau souple. Une pastille à semi-conducteur est collée sur un porte-pastille d'un corps de base. Le porte-pastille est rempli de gel de silicone afin de recouvrir la pastille à semi-conducteur. En même temps, du fait du remplissage du porte-pastille, le corps de base est relié à une pièce de raccord et son étanchéité par rapport à celle-ci est assurée. Par le brevet US 4 655 088, on connaît un transducteur de pression comportant un boîtier d'une seule pièce et une pastille à semi- conducteur qui est maintenue au moyen d'une matière de liaison dans une position définie. La pastille à semi-conducteur est en outre protégée des influences du milieu environnant au moyen d'une matière de protection. Le brevet EP 0 400 074 B1 présente un procédé de fabrication d'un agencement de capteur de pression selon lequel une cavité est remplie au moins partiellement, autour d'un élément de capteur de pression, d'une matière transmettant la pression et est fermée au moyen d'une matière de membrane pouvant être coulée et flexible. Par le brevet EPA 0 568 781 B1, on connaît un agencement de capteur de pression comportant un évidement qui présente une première partie en retrait et une seconde partie en retrait. Une pastille à semi- conducteur est disposée sur un support en verre situé dans la première partie en retrait. Cette première partie en retrait et la seconde partie en retrait sont l'une et l'autre pourvues d'une matière gélatineuse. La seconde partie en retrait sert de zone de travail par laquelle il est possible de retirer de la première partie en retrait un excès de matière gélatineuse. Des capteurs micromécaniques à semi-conducteur réagissent d'une manière sensible à des contraintes mécaniques ou thermiques se présentant dans la pastille de silicium. Dans les capteurs micromécaniques connus, la pastille de capteur sans boîtier est collée sur une surface. Il se présente de ce fait des interactions avec le support. Ce support se dilate autrement que la pastille, la colle gonfle sous l'effet de l'humidité, la mise sous contrainte mécanique de l'ensemble du boîtier exerce des contraintes sur la pastille et la colle suit des variations de température par déformation plastique. Par ailleurs, un boîtier en matière plastique fait l'objet d'un retrait après l'injection. Pour réduire les interactions entre la pastille de capteur et son support, cette pastille de capteur est souvent collée, soumise à un bonding anodique ou soudée au moyen d'une soudure pour verre, sur un support céramique, une autre pièce en silicium ou un verre Pyrex. Un tel support est alors collé dans le boîtier en matière plastique, de façon qu'il se présente deux emplacements de liaison dont la qualité présente de l'importance. Les deux emplacements de liaison ont des effets sur la caractéristique du capteur. Des bulles d'air minuscules présentes dans la colle entraînent déjà des problèmes de qualité. Un but de l'invention est de fournir un procédé de fixation d'un capteur micromécanique à semi-conducteur dans un boîtier et un agencement de capteur, qui permettent un découplage particulièrement bon d'un capteur à semi-conducteur par rapport à son support. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fixation d'un capteur micromécanique à semi-conducteur dans un boîtier, comportant les opérations suivantes: - le capteur micromécanique est posé sur une surface d'appui située dans un évidement du boîtier, - une liaison électrique est réalisée entre le capteur micromécanique et un contact électrique situé sur le boîtier, - l'évidement est rempli d'un gel servant d'agent de fixation permettant de fixer le capteur micromécanique sur le boîtier, de façon que le capteur micromécanique soit recouvert et maintenu par le gel, - pendant la réalisation de la liaison électrique, le capteur micromécanique est fixé au boîtier, par l'intermédiaire d'un conduit, au moyen de la production d'une dépression. Dans le même but, l'invention a également pour objet un agencement de capteur comprenant un boîtier comportant: - un évidement du boîtier dans lequel le capteur micromécanique est disposé sur une surface d'appui, - un gel qui recouvre le capteur et immobilise exclusivement le capteur, - un conduit qui commence sur le côté de l'évidement et passe dans la surface d'appui de façon que le conduit soit recouvert au moins partiellement par le capteur micromécanique. Le procédé conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - le gel est aspiré par l'intermédiaire d'un conduit, - le gel est aspiré par l'intermédiaire d'un conduit de façon telle qu'une couche de gel est formée entre le capteur micromécanique et la surface d'appui, - un dispositif d'aspiration est posé du côté du boîtier dans lequel l'évidement est ménagé, - le conduit est une rainure du boîtier et est recouvert, lors de l'aspiration, par un dispositif d'aspiration, - une lèvre d'étanchéité du dispositif d'aspiration se trouve dans la zone de déplacement d'un dispositif de bonding qui réalise le bonding de liaisons électriques sur le capteur micromécanique et la lèvre d'étanchéité s'enfonce au moins partiellement dans le boîtier. De même, l'agencement de capteur conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - le conduit est une rainure du boîtier, - un orifice du conduit est situé du même côté du boîtier que l'évidement, - le gel est un gel de silicone fluoré, l'évidement présente, entre le capteur micromécanique et la paroi de l'évidement, un intervalle ayant une largeur comprise entre 0,05 mm et 1 mm. La renonciation à une liaison essentiellement rigide entre le capteur à semi-conducteur et sa surface d'appui assure un découplage par rapport au boîtier. Le capteur à semi-conducteur est maintenu essentiellement au moyen d'un gel qui protège en même temps le capteur des influences du milieu environnant. Un gel de silicone fluoré, qui se comporte d'une manière très stable vis-à- vis des influences chimiques, convient particulièrement bien à cet effet. Les propriétés élastiques, visqueuses ou souples du gel de silicone fluoré empêchent une interaction entre le capteur à semi- conducteur et le boîtier et donc une influence sur la caractéristique du capteur. La liaison électrique entre le capteur à semi- conducteur et un contact électrique situé sur le boîtier peut assurer un maintien supplémentaire. Il est possible de renoncer à la mise en place d'un support sur le capteur à semi-conducteur et à un collage dans le boîtier. Ainsi, la fabrication d'un dispositif de capteur conforme à l'invention se simplifie et devient plus économique. Une membrane servant à protéger le capteur à semi-conducteur n'est pas non plus nécessaire. Dans une forme préférée de mise en oeuvre de l'invention, le dispositif de capteur comporte en outre, en plus de l'évidement, un conduit qui s'étend jusqu'à la surface d'appui du capteur, de sorte qu'une pression environnante s'exerce sur les deux faces planes du capteur. Cela empêche ainsi que, même dans le cas d'une faible pression environnante, le capteur soit soulevé, sous l'effet d'une différence de pression, de son support dans lequel il est maintenu par le seul gel ou au moins essentiellement par le gel. Un endommagement de liaisons électriques par le capteur est ainsi empêché. Des domaines appropriés d'application de l'invention sont par exemple des capteurs d'accélération, capteurs de vitesse de rotation et capteurs chimiques servant à déterminer la composition de mélanges gazeux. Un domaine particulièrement préféré d'application de l'invention est constitué par des capteurs de pression micromécaniques, tels qu'on en utilise notamment dans la technique automobile. De tels capteurs de pression sont habituellement fabriqués au moyen de la micromécanique en surface ou dans la masse. De préférence, le capteur à semi-conducteur est immobilisé pour la réalisation de la liaison électrique grâce au fait qu'une dépression ou un flux d'air est produit sur sa surface d'appui. D'autres particularités, avantages et possibilités d'application de l'invention ressortent de la description des exemples de mise en oeuvre de l'invention qui est faite en regard des dessins. On voit: à la figure 1, une vue en coupe d'un agencement de capteur, à la figure 2, une vue en coupe d'un boîtier sur lequel un dispositif d'aspiration est posé et, à la figure 3, une vue de dessus de l'agencement de la figure 2. La figure 1 représente un agencement de capteur 1 servant à mesurer une pression absolue et comportant un boîtier 11 et un évidement 111 ménagé dans celui-ci. Il est prévu, situés dans l'évidement 111, une surface 112 d'appui pour un capteur de pression 12 micromécanique à semi- conducteur, et un intervalle 113 qui est situé entre la paroi délimitant l'évidement 111 et le capteur 12 et qui fait tout le tour. L'évidement est entièrement rempli d'une masse gélatineuse ou gel 13, et plus précisément d'un gel de silicone fluoré. Le capteur micromécanique 12 est une pastille de silicium qui a été traitée par la micromécanique des surfaces. Il s'agit d'une pastille sans boîtier. Une chambre de pression, dans laquelle règne une pression de référence, est située dans le capteur 12. En outre, un circuit d'analyse est intégré dans le capteur micromécanique, ce circuit d'analyse analysant l'effet d'une grandeur du milieu environnant, à savoir, dans le présent exemple de mise en oeuvre, une déflexion ou écart de position de la surface du capteur provoqué par une pression. Le résultat de l'analyse est transmis à un contact électrique 15 par l'intermédiaire d'une liaison électrique 14, à savoir un fil de bonding. Le contact électrique 15 est relié à un connecteur à prise au moyen duquel les résultats de mesure sont transmis à une unité de commande d'un véhicule automobile. Le fil de bonding ne remplit en aucune façon une fonction de maintien pour le capteur 12. Celui-ci est maintenu dans sa position uniquement au moyen du gel 13, de sorte qu'aucune force n'agit sur la liaison électrique 14. L'intervalle 113 entre la paroi de l'évidement et le capteur 12 est dimensionné de façon que, lors du remplissage de l'évidement 111, le gel 13 puisse vaincre les forces de capillarité se présentant dans l'intervalle 113. Cet intervalle ne doit pas être trop étroit, afin qu'aucune interaction involontaire entre le capteur 12 et le boîtier 11 ne puisse se présenter. En tout état de cause, l'intervalle ne doit pas être trop large, étant donné que, sinon, le gel 13 ne serait plus en mesure de maintenir suffisamment le capteur 12. Une mise en vibration du capteur pourrait entraîner un endommagement de la liaison électrique 14, notamment une rupture de fils de bonding. Une largeur convenable pour l'intervalle 113 est comprise approximativement entre 0,05 mm et 1 mm. Pour un capteur micromécanique d'un diamètre d'environ 5 mm, une largeur d'intervalle de 0,1 mm à 0,3 mm est particulièrement avantageuse. La surface d'appui 112 peut être rendue rugueuse ou être pourvue d'un engommage mince, afin d'empêcher le capteur de s'écarter de sa position en glissant lors de la pose d'une ou plusieurs liaisons électriques 14. Afin de faciliter un centrage dans l'évidement 111 lors de la mise en place du capteur 12, l'intervalle 113 qui fait tout le tour peut être interrompu par des talons très étroits dirigés vers le capteur 12 mis en place. Pour pouvoir absorber des chocs particulièrement forts, le capteur 12 peut en outre être maintenu par enclenchement dans l'évidement 111. Toutefois, de telles mesures ne sont pas nécessaires dans le cas des sollicitations habituelles de vibration se présentant dans des véhicules automobiles. La surface d'appui 112 est interrompue, dans une zone centrale, par un conduit 114. Le conduit 114 s'étend du capteur 12 jusqu'à un orifice 115 qui est situé du même côté du boîtier 11 que l'évidement 111. Bien que le boîtier 11 soit plus facile à fabriquer lorsque le conduit 114 s'étend à partir de l'évidement 111 sur la surface du boîtier 11 qui est située à l'opposé de l'évidement, il est plus judicieux pour la fabrication de l'agencement de capteur que l'orifice 115 du conduit 114 soit situé du côté du boîtier 11 par lequel le capteur 12 peut être mis en place dans le boîtier. Dans ce dernier cas, toutes les opérations de fabrication peuvent, lors de la fabrication de l'agencement de capteur 1, s'effectuer à partir d'un seul côté. Pour réaliser le conduit, on réalise une ébauche de moulage par injection en réalisant une injection de matière plastique autour d'un contact de prise, qui doit relier l'agencement de capteur 1 à une borne extérieure, en même temps qu'un petit tube qui doit ultérieurement être disposé parallèlement à la surface d'appui 112 ménagée dans le boîtier 11. On place ensuite dans un moule d'injection l'ébauche de moulage par injection afin de réaliser à l'aide d'une matière plastique le boîtier 11. L'évidement 111 et l'orifice 115 sont réalisés au moyen de deux coulisses de moule respectives. Les deux coulisses de moule obturent le petit tube pendant l'opération de moulage par injection, de sorte qu'une fois l'opération de fabrication terminée, il se présente un conduit continu allant de la surface d'appui 112 jusqu'à l'orifice 115. Le conduit 114 permet que le capteur micromécanique 12 soit soumis essentiellement aux mêmes conditions de pression sur ses deux faces planes. Les forces de maintien devant être exercées par le gel 13 n'ont donc besoin d'être que relativement faibles. Pendant la réalisation des liaisons électriques 14, habituellement des liaisons de bonding, le capteur 12 peut être immobilisé, par l'intermédiaire du conduit 114, au moyen de l'établissement d'une dépression ou d'un vide. Un décentrage du capteur 12 pendant l'opération d'aspiration peut être empêché au moyen de l'engommage déjà décrit ou au moyen d'une surface d'appui 112 présentant un coefficient de frottement élevé. En variante, la surface d'appui 112 peut comporter un voile très étroit qui fait tout le tour, sur lequel le capteur 12 prend appui et qui entoure l'orifice du conduit 114 qui y débouchent dans la surface d'appui 112. Lors de l'opération d'aspiration, le capteur 12 est appliqué sous pression contre le voile, de sorte que celui-ci se déforme. On obtient ainsi une étanchéité optimale du capteur 12 par rapport au conduit 14 et un déplacement du capteur sur le côté pendant l'aspiration est évité d'une manière fiable. Le conduit 114 remplit donc à la fois la fonction d'un conduit d'équilibre de pression et la fonction d'un conduit d'aspiration. Une fois les liaisons électriques 14 réalisées, l'évidement 111 est rempli d'un gel 13 qui immobilise définitivement le capteur 12 dans sa position et le protège des influences du milieu environnant. L'opération d'aspiration servant à immobiliser le capteur 12 peut être prolongée jusqu'au remplissage du gel 13 afin de favoriser une pénétration dans l'intervalle 113. En outre, grâce à l'aspiration, du gel situé entre la surface d'appui 112 et le capteur 12 peut être extrait. Dans ce cas, le capteur 12 est totalement découplé par rapport au boîtier 11. Pour favoriser l'aspiration du gel, il peut être prévu, dans la surface d'appui 112, des rainures qui mènent de l'intervalle 113 jusqu'au conduit 114. La figure 2 illustre la fabrication d'un agencement de capteur conformément à un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention. Le conduit 114 est réalisé sous forme d'une rainure qui, à partir de l'extérieur de l'évidement 111, s'étend dans ce dernier et rend celui-ci plus profond. Le conduit 114 commence donc latéralement par rapport l'évidement 111. Ce conduit 114 est accessible à partir de la surface du boîtier 11. Il s'étend au moins jusqu'à une zone centrale de la surface d'appui 112. Un dispositif d'aspiration 2 comporte des lèvres d'étanchéité 21 servant à recouvrir l'orifice 115 du conduit 114 et à en assurer l'étanchéité. Une lèvre d'étanchéité 21 recouvre la zone du conduit 114 qui est située en dehors de l'évidement 111. Cette lèvre d'étanchéité 21 peut faire saillie dans l'évidement 111 et recouvrir alors l'intervalle 113. Lors de l'actionnement du dispositif d'aspiration, le capteur est attiré sur le bord de la lèvre d'étanchéité 21 et est ainsi aligné dans la position optimale. Si le dispositif d'aspiration est posé sur le boîtier 11 avant la mise en place du capteur 12, il peut favoriser le centrage du capteur 12 dans l'évidement 111. La partie de la lèvre d'étanchéité 21 qui est tournée vers le capteur 12 est totalement enfoncée dans le conduit 114. Par conséquent, des liaisons électriques 14 peuvent sans problème faire l'objet d'un bonding entre le capteur 12 et les contacts électriques 15, bien que la lèvre d'étanchéité 21 se trouve dans une projection de bonding 3, c'est-à- dire une zone de déplacement d'un dispositif de bonding. La figure 3 représente le recouvrement du conduit 114 par la lèvre d'étanchéité 21 du dispositif d'aspiration 2. La ligne en trait interrompu indique le contour suivant lequel le conduit s'étend dans la surface 112 d'appui du capteur 12. REVENDICATIONS 1. Procédé de fixation d'un capteur micromécanique à semi-conducteur (12) dans un boîtier (11), caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: - le capteur micromécanique est posé sur une surface d'appui (112) située dans un évidement (111) du boîtier (11), - une liaison électrique (14) est réalisée entre le capteur micromécanique (12) et un contact électrique (15) situé sur le boîtier (11), - l'évidement (111) est rempli d'un gel (13) servant d'agent de fixation permettant de fixer le capteur micromécanique (12) sur le boîtier (11), de façon que le capteur micromécanique (12) soit recouvert et maintenu par le gel (13), - pendant la réalisation de la liaison électrique (14), le capteur micromécanique (12) est fixé au boîtier (11), par l'intermédiaire d'un conduit (114), au moyen de la production d'une dépression. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gel (13) est aspiré par l'intermédiaire d'un conduit (114). 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le gel (13) est aspiré par l'intermédiaire d'un conduit (114) de façon telle qu'une couche de gel est formée entre le capteur micromécanique (12) et la surface d'appui (112). 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un dispositif d'aspiration (2) est posé du côté du boîtier (11) dans lequel l'évidement (111) est ménagé. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le conduit (114) est une rainure du boîtier (11) et est recouvert, lors de l'aspiration, par un dispositif d'aspiration (2). 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une lèvre d'étanchéité (21) du dispositif d'aspiration (2) se trouve dans la zone de déplacement d'un dispositif de bonding qui réalise le bonding de liaisons électriques (14) sur le capteur micromécanique (12) et en ce que la lèvre d'étanchéité (21) s'enfonce au moins partiellement dans le boîtier (11). 7. Agencement de capteur, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier comportant: - un évidement (111) du boîtier (11) dans lequel le capteur micromécanique (12) est disposé sur une surface d'appui (112), - un gel (13) qui recouvre le capteur (12) et immobilise exclusivement le capteur (12), - un conduit (114) qui commence sur le côté de l'évidement (111) et passe dans la surface d'appui (112) de façon que le conduit (114) soit recouvert au moins partiellement par le capteur micromécanique (12). 8. Agencement de capteur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le conduit (114) est une rainure du boîtier (11). 9. Agencement de capteur suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisée en ce qu'un orifice (115) du conduit (114) est situé du même côté du boîtier (11) que l'évidement (111). 10. Agencement de capteur suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le gel (13) est un gel de silicone fluoré. 11. Agencement de capteur suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'évidement (111) présente, entre le capteur micromécanique (12) et la paroi de l'évidement (111), un intervalle (113) ayant une largeur comprise entre 0,05 mm et 1 mm.