Brevet FR2780504A1 — publié le 19991231

1, 2780504 La présente invention se rapporte d'une façon générale aux capteurs de pression, et plus particulièrement à un procédé de fabrication d'un capteur de pression à semiconducteurs. La publication de brevet japonais n Hei 7-11461 décrit un capteur de pression comprenant un corps de détection dans lequel une puce de silicium est collée sur la surface d'un diaphragme de réception de pression métallique par l'intermédiaire d'une couche de verre et est ensuite assemblée dans un boîtier. Plus particulièrement, comme indiqué sur la figure 4a, la puce de silicium 4 comportant des jauges diffusées 3a à 3d est collée à la surface du diaphragme 2a du corps de détection métallique 2 par l'intermédiaire d'une couche de verre 5 de façon que la déformation du diaphragme 2a provoquée par la pression soit transmise à la puce de silicium 4 par l'intermédiaire de la couche de verre 5. Cette pression transmise amène les valeurs de résistance des jauges diffusées 3 à varier. Les jauges diffusées 3 sont connectées afin de former un circuit en pont à partir duquel un signal électrique correspondant à la pression est fourni en sortie. Le capteur de pression conçu comme décrit comporte un diaphragme métallique, de sorte que sa fiabilité est élevée même dans des conditions de pression élevée. Il en résulte que le capteur peut être utilisé en tant que capteur pour hautes pressions tel qu'un capteur de pression de carburant. Cependant, dans la fabrication du capteur de pression décrit ci-dessus, pendant que la pâte de verre est imprimée sur la surface du diaphragme 2a, que la puce de silicium 4 est montée sur celle-ci et que les deux composants sont frittés, une bulle telle que la bulle 6 sur la figure 4b peut être formée, et peut mordre dans la couche de verre 5 lorsque le diaphragme 2a, par exemple, n'est pas complètement plat. La bulle 6 engendrée à l'intérieur de la couche de verre 5 peut être provoquée par une chute de la caractéristique en température du capteur, l'incapacité de la couche de verre 5 à transmettre la déformation du diaphragme 2a de façon correcte à la puce de silicium 4, ou une dilatation/contraction de la bulle 6 due à une variation de température. En conséquence, c'est un but de la présente invention de surmonter les limitations mentionnées ci-dessus en procurant un capteur de pression amélioré ainsi qu'un procédé de fabrication de celui-ci. - Conformément à un premier mode de réalisation de la présente invention, un capteur de pression est fabriqué en collant une puce de silicium sur une surface d'un diaphragme métallique à l'intérieur d'un corps de détection par l'intermédiaire d'une couche de verre. Ensuite, la couche de verre est inspectée afin de déterminer si une bulle est présente dans celle-ci et, si tel est le cas, sa dimension, après que la puce soit collée au diaphragme. Un corps de détection qui franchit l'inspection ci- dessus est déterminé comme étant bon, et est assemblé dans le boîtier. En conséquence, il est possible de fabriquer un capteur de pression dont la sortie de capteur n'est pas influencée par la présence d'une bulle dans la couche de verre. Conformément à un second mode de réalisation de l'invention, une bulle dans la couche de verre sous les jauges diffusées du capteur est inspectée pendant l'inspection de couche de verre ci-dessus. Comme l'influence de la bulle apparaît directement sur la jauge diffusée lorsqu'une bulle existe dans la couche de verre sous la jauge diffusée, l'inspection peut être menée de façon efficace en inspectant cette partie. Lorsque les jauges diffusées comprennent des jauges centrales et des jauges latérales, il est préférable d'inspecter la partie sous les jauges centrales car l'influence de la bulle dans la couche de verre sous la jauge centrale est particulièrement importante. De même, lorsque la dimension de la bulle est inférieure à 200 um, l'influence de laa bulle sur la précision du capteur sera minimale, et ainsi une couche de verre comportant une bulle d'une dimension inférieure à 200 pm est considérée acceptable. On notera que l'inspection de bulle décrite ci-dessus peut être menée en utilisant un microscope à infrarouge ou bien au moyen d'une inspection par ultrasons. La figure 1 est une vue en coupe représentant la structure d'un capteur de pression conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, 3 2780504 La figure 2 est une vue en perspective partielle agrandie représentant une partie de sommet d'un corps de détection de la figure 1, La figure 3 est un organigramme représentant un procédé de fabrication du capteur de pression représenté sur la figure 1, Les figures 4A - 4B sont des schémas explicatifs concernant le fonctionnement d'un capteur de pression utilisant un diaphragme métallique, La figure 5 est un diagramme permettant d'expliquer divers emplacements de génération de bulle, La figure 6 est un tableau représentant les caractéristiques de sensibilité et de température de capteur au niveau des emplacements de génération de bulle indiqués sur la figure 5 en comparaison du cas o aucune bulle n'est générée, La figure 7 est un graphe représentant la relation de la sensibilité du capteur avec la dimension de la bulle lorsqu'il se trouve une bulle à l'emplacement de bulle A, et La figure 8 est un graphe représentant la relation des caractéristiques de sensibilité en température du capteur avec la dimension de bulle lorsqu'il se trouve une bulle à l'emplacement de bulle A. La figure 1 est une vue en coupe représentant la structure d'un capteur de pression conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention. Le capteur de pression est utilisé afin de mesurer des pressions de fluide de l'ordre de MPa, telles que des pressions de fluide dans des systèmes d'injection de carburant et de freins de véhicule. Comme indiqué sur la figure 1, le capteur comprend un boîtier 1 construit à partir d'un métal présentant une bonne résistance à la corrosion et qui est capable d'être soudé (par exemple, de la nuance SUS 430). Le boîtier comporte une vis la qui est vissée et fixée à une partie devant être détectée, par exemple, une conduite de carburant. Un corps de détection 2 est fait à partir d'un métal présentant un faible coefficient de dilatation thermique, tel que du covar, dont le coefficient de dilatation thermique linéaire est proche de celui du silicium. Le corps de détection comporte un orifice d'introduction de pression 2b et un diaphragme mince 2a est créé à l'extrémité de celui-ci. Le corps 4 2780504 de détection 2 est pressé jusque dans une section intérieure creuse du boîtier 1 et est assemblé dans le boîtier 1. Une puce de capteur au silicium 4 est collée sur la surface supérieure d'un diaphragme 2a du corps de détection 2, c'est-à- dire sur une face du côté opposé par rapport au côté d'introduction de pression, par l'intermédiaire d'une couche de verre 5 faite d'un verre à bas point de fusion. Une carte de circuit de traitement de signal 7 destinée à traiter des signaux électriques provenant de la puce de silicium 4 est disposée autour de la partie de bout du corps de détection 2, comme indiqué sur la figure 1, et comprend un substrat de céramique stratifié 7a, une puce de circuit 7b et une tige 7c. La puce de silicium 4 est reliée électriquement à la carte de circuit de traitement de signal 7 par des fils 8. La tige 7c dans la carte de circuit de traitement de signal 7 est connectée à une borne de connecteur 10a d'un ensemble de bornes 10 au moyen, par exemple, d'un soudage électrique, et l'ensemble de bornes 10 et un boîtier de connecteur 11 sont sertis avec une section de sertissage lb du boîtier 1 par l'intermédiaire d'un joint torique 12. La surface supérieure du corps de détection 2 et le substrat de céramique stratifié 7 sont revêtus d'un matériau de revêtement 9 tel qu'un gel au silicium. La figure 2 est une vue en perspective en coupe agrandie représentant la partie de bout du corps de détection 2. La puce de silicium 4 sur laquelle des jauges diffusées 3 sont formées est collée sur le diaphragme 2a du corps de détection 2 par l'intermédiaire de la couche de verre 5. La puce de silicium 4 est construite en utilisant un substrat de silicium monocristallin de type N dont l'orientation de plan est (110). Bien que cela ne soit pas indiqué clairement sur la figure 2, les jauges diffusées 3 comprennent des jauges centrales 3a et 3b et des jauges latérales 3c et 3d similaires à celles indiquées sur la figure 5. Les jauges diffusées 3a à 3d sont connectées par des fils d'aluminium (non représentés) afin de construire un circuit en pont. En outre, les jauges diffusées sont reliées électriquement à la carte de circuit de traitement de signal 7 par le fil 8, et fournissent ainsi en sortie des signaux électriques, correspondant au déplacement du diaphragme 2a, à la carte de circuit de traitement de signal 7. 2780504 Ensuite, en se référant à la figure 3, un procédé de fabrication du capteur de pression décrit ci-dessus sera expliqué. Après que le corps de détection 2 dans lequel l'orifice d'introduction de pression 2b et le diaphragme 2a ont été formés est préparé, en 100 et 110, la surface du corps est alors traitée par l'intermédiaire de traitements de nettoyage à l'acide et de décarbonatation, après quoi, en 120, un traitement d'oxydation est mis en oeuvre. Ces traitements sont identiques à ceux décrits dans la référence japonaise JP-B-7-11461. Ensuite, en 130, de la pâte de verre est imprimée sur la surface du diaphragme 2a et, en 140, est calcinée à environ 400 C afin de former la couche de verre 5. Ensuite, en 150, la couche de verre calcinée 5 est montée sur la puce de silicium 4 et est frittée à environ 500 C afin de coller la puce 4. Ensuite, en 160, la couche de verre 5 est inspectée afin de déterminer si des bulles sont présentes dans celle-ci. Comme des rayons infrarouges sont transmis plus ou moins à travers du silicium, la bulle peut être observée en observant la couche de verre 5 à partir de la puce de silicium 4 grâce à un microscope à infrarouge. On détermine si oui ou non il se trouve une bulle qui présente une dimension supérieure à 200 pm dans la couche de verre 5 sous les jauges centrales 3a, 3b, dans le présent mode de réalisation. Lorsqu'il se trouve une bulle de 200 pm ou davantage, le corps de détection 2 n'est pas acheminé vers l'étape suivante. Même si le corps de détection 2 comporte une bulle, le corps de détection 2 est acheminé vers l'étape suivante lorsque la dimension de celle-ci est inférieure à pm. Ensuite, en 170, le corps de détection 2, ayant été évalué et approuvé à l'étape d'inspection ci-dessus, est assemblé dans le boîtier 1, et le capteur de pression indiqué sur la figure 1 est achevé en réalisant la connexion par fil et les autres étapes d'assemblage. On devra se rendre compte que, tandis que l'inspection de bulle a été menée par l'intermédiaire du microscope à infrarouge dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, l'inspection peut également être réalisée en utilisant une inspection par ultrasons. L'inspection par ultrasons est exécutée en plaçant un échantillon dans de l'eau et en appliquant des ondes ultrasonores afin d'observer la structure interne de l'échantillon sur la base de ses caractéristiques d'onde de réflexion. En outre, bien que l'inspection de la bulle dans la couche de verre 5 sous les jauges centrales 3a et 3b ait été présentée dans le mode de réalisation décrit ci-dessus, l'inspection peut être menée dans la couche de verre 5 sous les jauges latérales 3c, 3d de la même manière. En outre, lorsqu'une puce de silicium présentant une orientation dans le plan (100) est utilisée en tant que puce de silicium 4, la configuration des jauges centrales et des jauges latérales disparaît, de sorte que l'inspection de bulle dans la couche de verre sous chaque jauge est menée dans ce cas. La figure 5 est un schéma représentant une vue en plan de dessus d'une puce de silicium 4 dont l'orientation de plan est (110). Des jauges diffusées 3 comprennent des jauges centrales 3a, 3b disposées au centre d'une zone de déplacement qui est déplacée par la pression (dans la zone o un diaphragme 2a existe au-dessous) et des jauges latérales 3c, 3d disposées à la périphérie de celle-ci. Parmi les bulles 6 engendrées dans une couche de verre 5, une bulle à l'emplacement au-dessous de la jauge centrale est indiquée par A, une bulle à l'emplacement sur le côté de celle-ci par B, une bulle à l'emplacement au-dessous de la jauge latérale par C et une bulle à l'emplacement sur le côté de celle-ci par D. La figure 6 est un tableau indiquant les sensibilités du capteur, et les caractéristiques en température de celui-ci, aux emplacements de génération de bulle A à D, lorsque la dimension de bulle est de 500 pm, en comparaison du cas o aucune bulle n'est engendrée. Comme indiqué sur la figure 6, la sensibilité et la caractéristique en température sont influencées par l'existence de la bulle 6. L'influence de la bulle est très importante lorsque la bulle 6 existe à l'emplacement de bulle A sous la jauge centrale. Tandis que les caractéristiques ci-dessus sont influencées plus ou moins également lorsqu'une bulle existe à l'emplacement de bulle C sous la jauge latérale, l'influence n'est pas aussi importante en comparaison du cas o la bulle existe à l'emplacement de bulle A, car la génération de contrainte est faible aux emplacements o les jauges latérales sont créées en comparaison des emplacements o les jauges centrales sont créées. On devra se rendre compte que la sensibilité (Vs/20) du capteur décrit ci-dessus est trouvée à partir d'une tension de sortie de capteur Vs lorsqu'une pression de 20 MPa est appliquée au diaphragme 2a, et que la caractéristique en température de la sensibilité est trouvée à partir d'une sensibilité S25 à 25 C et d'une sensibilité S120 'à 120 C par (S120 - S25)/S25/(120 - ). Les figures 7 et 8 représentent des résultats expérimentaux lorsqu'il se trouve une bulle 6 à l'emplacement de bulle A. On peut voir d'après ces graphes que la sensibilité et la- caractéristique en température en ce qui concerne la sensibilité ne sont pas influencées de façon substantielle par la bulle lorsque la dimension de la bulle est au-dessous de 200 pm. B 2780504 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un capteur de pression comprenant: la fixation d'une puce de silicium (4) comprenant des jauges diffusées (3a à 3d) sur un diaphragme (2a) d'un corps de détection (2) par l'intermédiaire d'une couche de verre (5), assembler ledit corps de détection (2) avec un boîtier (1), inspecter ladite couche de verre (5) pour rechercher une bulle dans celle-ci après ladite liaison, et assembler ledit corps de détection (2) avec ledit boîtier (1) lorsque ladite bulle est formée dans ladite couche de verre (5) et est déterminée se trouver à l'intérieur de tolérances de fabrication prédéterminées. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape d'inspection comprend l'inspection de ladite bulle dans ladite couche de verre (5) sous lesdites jauges diffusées (3a à 3d). 3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel ladite puce de silicium (4) est une puce présentant une orientation de plan (110), lesdites jauges diffusées (3a- 3d) comprennent des jauges centrales (3a, 3b) et latérales (3c, 3d), et ladite étape d'inspection comprend l'inspection de ladite bulle dans ladite couche de verre (5) sous lesdites jauges centrales (3a, 3b). 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite bulle formée dans ladite couche de verre (5) est déterminée se trouver à l'intérieur de tolérances de fabrication prédéterminées lorsque ladite bulle présente un diamètre inférieur à 200 um. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape de fixation comprend en outre: l'impression d'une pâte de verre sur une surface dudit diaphragme (2a), la calcination de ladite pâte de verre afin de former ladite couche de verre (5), 9 2780504 le montage de ladite couche de verre (5) sur ladite puce de silicium (4), et le frittage de ladite puce de silicium (4) afin de fixer ladite couche de verre (5) à ladite puce de silicium (4). 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape d'inspection comprend l'inspection de ladite couche de verre (5) en utilisant un microscope à infrarouge. 7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ladite étape d'inspection comprend l'inspection de ladite couche de verre (5) en utilisant des ondes ultrasonores. 8. Capteur de pression comprenant: un corps de détection (2) comprenant un diaphragme sensible à la pression (2a), une couche de verre (5) collée audit diaphragme (2a) et présentant une bulle caractéristique formée dans celle-ci qui se trouve à l'intérieur de tolérances de fabrication prédéterminées, et une puce de silicium (4) montée sur ledit diaphragme (2a) par l'intermédiaire de ladite couche de verre (5). 9. Capteur de pression selon la revendication 8, dans lequel ladite puce de silicium (4) présente une orientation de plan (110), ladite puce de silicium (4) comprend des jauges diffusées centrales (3a, 3b) et latérales (3c, 3d), et ladite bulle est située sous lesdites jauges centrales (3a, 3b). 10. Capteur de pression selon la revendication 8, dans lequel ladite bulle se trouve à l'intérieur de tolérances de fabrication prédéterminées lorsque ladite bulle présente un diamètre inférieur à 200 pm.