Brevet FR2907633A1 — publié le 20080425

BOITIER DE SYSTEME MICRO-ELECTROMECANIQUE La présente invention concerne un boîtier de système micro-électromécanique ( MEMS ) et, plus particulièrement, un boîtier de système micro-électromécanique qui est protégé contre l'humidité et les interférences électromagnétiques. Il est décrit dans le brevet US n 6781231 un boîtier conventionnel de système micro-électromécanique 10 comprenant un substrat 14, une pluralité de composants 12 installés sur le substrat 14 et un couvercle 20 installé sur le substrat 14 pour protéger les composants 12. Le couvercle 20 est composé d'une coupelle externe 25a et d'une coupelle interne 25b installée à l'intérieur de la coupelle externe 25a. Le couvercle 20 est utilisé en tant que protection contre les interférences électromagnétiques. Le couvercle 20 et le substrat 14 définissent un logement 22. Le couvercle 20 comprend une pluralité de ports acoustiques 44 comprenant chacun une couche de transition contre l'environnement 48. Des problèmes ont été rencontrés dans l'utilisation du boîtier de système micro-électromécanique 10. Premièrement, le logement 22 contient de l'air qui comprend inévitablement de l'humidité. Quand le boîtier de système micro- électromécanique 10 est déplacé d'une zone froide à une zone chaude comme d'une pièce climatisée à l'extérieur, les composants 12 et le couvercle 20 restent froids de sorte que l'humidité condense sur les composants 12 et/ou le couvercle 20. Les composants 12 et/ou le 2907633 2 couvercle 20 peuvent être détériorés à cause de l'humidité. Deuxièmement, le logement 22, qui est un élément métallique en forme de coupelle, conserve l'humidité à 5 l'intérieur et l'humidité compromet l'isolation des composants 12 par rapport au couvercle 20 et l'isolation des composants 12 entre eux. Par conséquent, la performance du boîtier de système micro-électromécanique 10 est affectée. 10 Troisièmement, le boîtier de système micro-électromécanique 10 est volumineux pour inclure le couvercle 20. Quatrièmement, le processus de conditionnement en utilisant le couvercle 20 est différent des processus 15 de conditionnement typiques pour des semi-conducteurs. La présente invention vise par conséquent à remédier ou au moins atténuer les problèmes rencontrés dans l'art antérieur. Un boîtier de système micro-électromécanique selon 20 l'invention comprend un substrat, un groupe de composants, au moins une pastille de soudure, un cadre, un blindage périphérique, une matière isolante et un blindage supérieur. Le groupe de composants est disposé sur le substrat. Au moins une pastille de soudure est 25 fixée au substrat opposée audit groupe. Un cadre est disposé sur ledit substrat. Un blindage périphérique est disposé sur ledit substrat autour dudit groupe pour protéger le groupe contre des interférences électromagnétiques. Ladite matière isolante scelle le groupe et définit un tunnel. Le blindage supérieur est disposé sur ladite matière isolante pour protéger le 2907633 3 groupe contre des interférences électromagnétiques. Ledit blindage supérieur comprend une colonne insérée à travers le tunnel et connectée à ladite pastille de soudure. 5 Selon des caractéristiques particulières de la présente invention . - le blindage périphérique couvre le dessous et un côté dudit cadre ou le dessus, le dessus et un côté du cadre ; 10 - ledit groupe comprend un microphone de système micro-électromécanique et un circuit intégré d'application spécifique raccordé électriquement au microphone de système micro-électromécanique. - ledit microphone peut définir une chambre 15 inférieure au-dessous de la membrane et une chambre supérieure au-dessus de la membrane de manière que les chambres inférieures et supérieures permettent la vibration de la membrane ; - ledit substrat définit une ouverture acoustique 20 en communication avec la chambre inférieure de manière que des ondes sonores se propagent vers la membrane à travers la chambre inférieure et l'ouverture acoustique ; - un couvercle est disposé sur le microphone de 25 système micro-électromécanique de manière que la chambre supérieure soit définie par le couvercle du microphone dudit système micro-électromécanique ; - ledit couvercle, ledit blindage isolant et ledit blindage supérieur définissent une ouverture acoustique 30 en communication avec la chambre supérieure de manière que des ondes sonores se propagent vers ladite membrane 2907633 4 à travers la chambre supérieure et l'ouverture acoustique ; - le blindage périphérique et le blindage supérieur peuvent être produits par pulvérisation 5 cathodique ; - ladite matière isolante peut être composée d'un mélange à mouler. Un avantage du boîtier de système micro-électromécanique selon la présente invention est le 10 scellement du groupe. Un autre avantage du boîtier de système micro-électromécanique selon la. présente invention est le blindage du groupe contre des interférences électromagnétiques. 15 D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description ci-dessous se référant aux dessins. La présente invention sera décrite via une illustration détaillée de quatre modes de réalisation 20 en référence aux dessins. La figure 1 représente une vue en coupe transversale d'un boîtier de système micro-électromécanique selon le premier mode de réalisation de la présente invention. 25 La figure 2 représente une vue de dessus du boîtier de système micro-électromécanique représenté sur la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe transversale d'une série de boîtiers de système micro-30 électromécanique tels que représentés sur la figure 1. 2907633 5 La figure 4 représente une vue en coupe transversale d'un boîtier de système micro-électromécanique selon le deuxième mode de réalisation de la présente invention. 5 La figure 5 représente une vue en coupe transversale d'une série de boîtiers de système micro-électromécanique tels que représentés sur la figure 4. La figure 6 représente une vue en coupe transversale d'un boîtier de système microélectromécanique selon le troisième mode de réalisation de la présente invention. La figure 7 représente une vue de dessus du boîtier de système micro-électromécanique représenté sur la figure 6. 15 La figure 8 représente une vue en coupe transversale d'un boîtier de système micro-électromécanique selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention. En se référant aux figures 1 et 2, selon un 20 premier mode de réalisation, un boîtier de système micro-électromécanique 10 comprend un substrat 20, un groupe 30 de composants, un cadre 60, un blindage périphérique 61, une matière isolante 40 et un blindage supérieur 50. 25 Le substrat 20 est réalisé avec une face supérieure 21 et une face inférieure 22. Le groupe 30, la matière isolante 40, le cadre 60, le blindage périphérique 61 et le blindage supérieur 50 sont fixés à la face supérieure 21 du substrat 20. Une pluralité 30 de pastilles de soudure 23 est formée sur la face inférieure 22 du substrat 20. Via les pastilles de 2907633 6 soudure 23, le substrat 20 est connecté électriquement à une carte de circuits d'un dispositif électronique qui incorpore le boîtier de système micro-électromécanique 10. Le substrat 20 définit une 5 ouverture acoustique 24 travers laquelle des ondes sonores se propagent. Le groupe 30 comprend une pluralité de composants pour exécuter les fonctions du boîtier de système micro-électromécanique 10. De préférence, le groupe 30 10 comprend un microphone de système micro-électromécanique 31, un circuit intégré à application spécifique ( ASIC ) 32 et un élément passif 34. Le microphone de système micro-électromécanique 31 est disposé sur la face supérieure 21 du substrat 20. Le 15 microphone de système micro-électromécanique 30 définit une chambre 312. La chambre 312 est en communication avec l'ouverture acoustique 24. Des ondes sonores peuvent atteindre et forcer le microphone de système micro-électromécanique 30 à vibrer. 20 Un couvercle 33 est disposé sur le microphone de système micro-électromécanique 31 de manière qu'une chambre 331 soit définie par le couvercle 33 et le microphone de système micro-électromécanique 31. La chambre 331 permet la vibration produite par le 25 microphone de système micro-électromécanique 31. Le circuit intégré à application spécifique 32 est prédisposé sur la face supérieure 21 du substrat 20. Le circuit intégré à application spécifique 32 est connecté électriquement au substrat 20 par un 30 conducteur 321 d'une part et connecté électriquement au 2907633 7 microphone de système micro-électromécanique 31 par un conducteur 322 d'autre part. L'élément passif 34 est prédisposé sur la face supérieure 21 du substrat 20. L'élément passif 34 peut 5 être un condensateur, une résistance ou une inductance. Durant l'utilisation, à la réception des ondes sonores, le microphone de système micro-électromécanique 31 génère les variations dans la capacité. A la réception des variations de la capacité, 10 le circuit intégré à application spécifique 32 produit des signaux électriques correspondant aux variations de la capacité. Les signaux électriques sont passés à travers l'élément passif 34 alors que les caractéristiques fondamentales de ceux-ci ne sont pas 15 modifiées. La matière isolante 40 est disposée sur le groupe 30 et la face supérieure 21 du substrat 20, en scellant ainsi complètement le groupe 30. De manière spécifique, le microphone de système micro-électromécanique 31, le 20 circuit intégré à application spécifique 32 et l'élément passif 34 sont tous scellés par la matière isolante 40. Le groupe 30 est protégé de l'humidité qui détériorerait autrement le groupe 30. Un tunnel 41 est défini dans la matière isolante 40. 25 La matière isolante 40 est moulée en un mélange à mouler tel qu'un gel à mouler. Durant le moulage, un insert est utilisé pour réaliser le tunnel 41 dans la matière isolante 40. Les dimensions, telles que l'épaisseur et la surface, de la matière isolante 40 30 sont déterminées en fonction des dimensions désirées du boîtier de système micro-électromécanique 10. 2907633 8 Le blindage périphérique 61 est un revêtement de métal sur un côté interne et le dessous du cadre 60. Le blindage périphérique 61 est produit de préférence par pulvérisation cathodique. Le blindage périphérique 61 5 est connecté à l'une des pastilles de soudure 23. Le blindage périphérique 61 protège le groupe 30 contre des interférences électromagnétiques. Le blindage supérieur 50 est un revêtement de métal sur la matière isolante 40. Le blindage supérieur 10 50 est connecté à l'une des pastilles de soudure 23 par une colonne 51. Le blindage supérieur 50 protège le groupe 30 contre des interférences électromagnétiques. Le blindage supérieur 50 et la colonne 51 sont produits de préférence par pulvérisation cathodique. 15 En référence à la figure 3, il existe des boîtiers de système micro-électromécanique 10 dans un processus de conditionnement de type en matrice pour réaliser généralement des semi-conducteurs. De nombreux substrats 20 sont réalisés d'une seule pièce sous la 20 forme d'une plaque. Un nombre correspondant de groupes 30 est disposé sur la plaque. Un collage est effectué. Un nombre correspondant de cadres 60 est réalisé d'une seule pièce sous la forme d'une grille. Un nombre correspondant de blindages périphériques 61 est réalisé 25 d'une seule pièce sous la forme d'un premier revêtement sur la grille. La grille et le premier revêtement sont positionnés sur la plaque. La matière isolante 40 est prédisposée sur la grille, le premier revêtement, les groupes 30 et la plaque. Un nombre correspondant de 30 blindages supérieur 50 est réalisé d'une seule pièce sous la forme d'un deuxième revêtement sur la matière 2907633 9 isolante 40 et le substrat 20. Enfin, les boîtiers de système micro-électromécanique 10 sont découpés les uns des autres. En référence aux figures 4 et 5, il est représenté 5 un boîtier de système micro-électromécanique 10 selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Le deuxième mode de réalisation est comme le premier mode de réalisation sauf l'utilisation d'un blindage périphérique 62 à la place du blindage 10 périphérique 61. Le blindage périphérique 62 recouvre le dessus du cadre 60 ainsi que le dessous et le côté. En référence aux figures 6 et 7, il est représenté un boîtier de système micro-électromécanique 10 selon un troisième mode de réalisation de la présente 15 invention. Le troisième mode de réalisation est comme le premier mode de réalisation sauf la définition d'une ouverture acoustique 332 dans le couvercle 33 à la place de l'ouverture acoustique 24 dans le substrat 20. De préférence, la matière isolante 40 et le blindage 20 supérieur 50 ne couvrent pas le dessus du couvercle 33 de manière que le couvercle 33 soit plus haut que le dessus du cadre 60. Toutefois, la matière isolante 40 et/ou le blindage supérieur 50 peuvent couvrir le dessus du couvercle 33 sauf l'ouverture acoustique 332. 25 L'ouverture acoustique 332 est en communication avec la chambre 331. Par conséquent, des ondes sonores atteignent le microphone de système micro-électromécanique 31 à travers la chambre 331 et l'ouverture acoustique 332. A la réception des ondes 30 sonores, le microphone de système micro- électromécanique 31 vibre et change la capacité de 2907633 10 celui-ci. La chambre 312 permet la vibration du microphone de système micro-électromécanique 31. En référence à la figure 8, il est représenté un boîtier de système micro-électromécanique 10 selon un 5 quatrième mode de réalisation de la présente invention. Le quatrième mode de réalisation est comme le troisième mode de réalisation sauf l'utilisation d'un blindage périphérique 62 à la place du blindage périphérique 61. Le blindage périphérique 62 recouvre le dessus du cadre 10 60 ainsi que le dessous et le côté. Le boîtier de système micro-électromécanique 10 selon la présente invention présente plusieurs avantages. Premièrement, avec la matière isolante, les composants sont protégés contre l'humidité qui pourrait 15 être autrement occasionnée par une variation de température. Deuxièmement, il peut être fait aussi petit que possible car les dimensions de la matière isolante sont contrôlées en fonction de diverses exigences. 20 Troisièmement, les composants sont protégés contre des interférences électromagnétiques par le blindage supérieur disposé sur la matière isolante et connecté au dispositif électronique qui incorpore le boîtier de système micro-électromécanique. 25 Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Boîtier de système micro-électromécanique (10) caractérisé en ce qu'il comprend : un substrat (20) ; un groupe (30) de composants disposés sur le substrat (20) ; au moins une pastille de soudure (23) fixée au substrat (20) opposée au groupe ; un cadre (60) prédisposé sur le substrat ; un blindage périphérique (61 ; 62) disposé sur le substrat (20) autour du groupe (30) ; une matière isolante (40) pour sceller le groupe (30), la matière isolante (40) définissant un tunnel (41) ; et un blindage supérieur (50) prédisposé sur la matière isolante (40) pour protéger le groupe (30) contre des interférences électromagnétiques, le blindage supérieur (50) comprenant une colonne (51) insérée à travers le tunnel (41) et connectée à la pastille de soudure (23). 2. Boîtier de système micro-électromécanique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le blindage périphérique (61 ; 62) couvre le dessous et un côté du cadre (60). 3. Boîtier de système micro-électromécanique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le blindage périphérique (62) couvre le dessus, le dessous et un côté du cadre (60). 2907633 12 4. Boîtier de système micro-électromécanique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le groupe (30) comprend un microphone de système micro-électromécanique (31) et un circuit intégré d' 5 application spécifique (32) raccordé électriquement au microphone de système micro-électromécanique (31). 5. Boîtier de système micro-électromécanique (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le microphone de système micro-électromécanique (31) 10 définit une chambre inférieure (312) au-dessous de la membrane et une chambre supérieure (331) au-dessus de la membrane de manière que les chambres inférieure et supérieure permettent la vibration de la membrane. 6. Boîtier de système micro-électromécanique (10) 15 selon la revendication 5, caractérisé en ce que le substrat (20) définit une ouverture acoustique (24) en communication avec la chambre inférieure (312) de manière que des ondes sonores se propagent vers la membrane à travers la chambre inférieure (312) et 20 l'ouverture acoustique (24). 7. Boîtier de système micro-électromécanique (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend un couvercle (33) disposé sur le microphone de système micro-électromécanique de manière que la 25 chambre supérieure (331) soit définie par le couvercle (33) du microphone de système micro-électromécanique (31). 8. Boîtier de système micro-électromécanique (10) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le couvercle (33), le blindage isolant (40) et le blindage supérieur (50) définissent une ouverture acoustique 2907633 13 (332) en communication avec la chambre supérieure (331) de manière que des ondes sonores se propagent vers la membrane à travers la chambre supérieure (331) et l'ouverture acoustique (332). 5 9. Boîtier de système micro-électromécanique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le blindage périphérique (61 ; 62) est produit par pulvérisation cathodique. 10. Boîtier de système micro-électromécanique (10) 10 selon la revendication 1, caractérisé en ce que le blindage supérieur (50) est produit par pulvérisation cathodique. 11. Boîtier de système micro-électromécanique (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 matière isolante (40) est composé d'un mélange à mouler.