Brevet FR3000205A1 — publié le 20140627

-1- La présente invention concerne le domaine technique des capteurs de pression, en particulier mais non exclusivement des capteurs pour la mesure de la pression d'un pneumatique, par exemple d'un pneumatique pour engin de chantier. Elle peut également être utilisée dans d'autres domaines, notamment pour la mesure de la pression dans un milieu corrosif, ou dans un liquide. Dans la demande de brevet français FR 0956796, il a déjà été proposé de réaliser un capteur de pression utilisant un composant électronique disposé à l'intérieur d'un boîtier étanche rempli d'un liquide ou d'un gel, ce boîtier étanche comprenant typiquement une membrane deformable sensible à la pression externe, et donc apte à transmettre cette pression externe sur le corps d'épreuve via ce liquide ou ce gel. Un tel fluide, sensiblement incompressible, retransmet en effet fidèlement la pression externe et peut avantageusement être choisi parmi les liquides et/ou les gels non corrosifs vis-à-vis des différents éléments du composant électronique. Un élément essentiel du composant électronique est le corps d'épreuve deformable, sur lequel s'exerce la pression à mesurer. Celui-ci comprend typiquement un élément du type à jauge de contraintes, apte à transformer la déformation résultant de la pression en un signal électrique à destination de moyens de traitement de ce signal. En variante, le corps d'épreuve comprend un élément de type piézo-électrique. Le plus souvent, le corps d'épreuve est en silicium monocristallin, et comprend un microcircuit électrique ou électronique réalisé sur l'une de ses faces par une ou plusieurs technologies de l'industrie des semi-conducteurs (micro-gravure, circuit imprimé, déposition chimique etc...). De façon générale, les éléments principaux du composant électronique, qui comprennent généralement typiquement le corps d'épreuve et un ou plusieurs substrats généralement solidaires de ce corps d'épreuve forment un organe électronique, à la fois très petit et relativement fragile, qui est logé dans une masse d'encapsulation permettant sa protection et sa manipulation, par exemple une masse de gomme, de matériau plastique ou de résine. Le composant électronique, formé par l'organe électronique ainsi encapsulé, peut alors être manipulé sans risque de dégradation. La masse d'encapsulation comprend un passage d'accès fluidique à une surface d'épreuve, sur l'une des faces du corps d'épreuve : la face d'épreuve. L'autre face, ou face de référence, comprend typiquement une surface de référence délimitant en partie une chambre de pression de référence, étanche, pour la réalisation d'une pression de référence. On utilise généralement une chambre comprenant un vide -2- partiel, de sorte que la pression de référence varie très peu en fonction de la température du capteur. L'espace compris entre l'organe électronique et la masse d'encapsulation forme un logement typiquement rempli par du gel au moment de l'encapsulation de l'organe électronique. Ce gel remplit au moins une, et parfois deux fonctions : D'une part, il facilite la mise en place de la masse d'encapsulation, réduisant les risques de dégradation mécanique des éléments de l'organe électronique, qui sont relativement fragiles, au moment de l'encapsulation. D'autre part, pour certaines applications, il permet de placer dans un milieu confiné non corrosif un ou plusieurs éléments de l'organe électronique qui sont sensibles à la corrosion, par exemple des contacts électriques avec un ou plusieurs micro-circuits électriques. Un capteur tel que précédemment décrit, comprenant un composant électronique plongé par exemple dans un liquide non corrosif, à l'intérieur d'un boîtier étanche, peut notamment être utilisé dans un environnement corrosif tel que celui de l'industrie des pneumatiques, du fait de l'utilisation de produits chimiques pour l'entretien des jantes et des pneumatiques. On a toutefois constaté, lors de cycles de pression répétés comportant de fortes variations thermiques, par exemple avec des températures allant jusqu'à 60° et au-delà que le capteur pouvait, après plusieurs cycles, fournir des informations de pression erronées. L'invention a notamment pour but de résoudre les problèmes de fiabilité d'un capteur de pression, lors de cycles de fonctionnement répétés dans de larges zones de température. A cet effet, un objet de l'invention est un capteur de pression comprenant un composant électronique comportant un organe électronique logé dans une masse d'encapsulation, l'organe électronique comportant un corps d'épreuve, une chambre de pression de référence délimitée par une surface de référence sur une face de référence du corps d'épreuve, une chambre de pression à mesurer, communiquant avec l'extérieur de la masse d'encapsulation, délimitée par une surface d'épreuve sur une face d'épreuve du corps d'épreuve opposée à la face de référence, l'organe électronique et la masse d'encapsulation délimitant entre elles un logement pour du gel, caractérisé en ce qu'il comprend un orifice mettant en communication le logement pour le gel avec l'extérieur de la masse d'encapsulation. On a en effet constaté de façon surprenante qu'une telle mise en communication du logement pour le gel avec l'extérieur de la masse d'encapsulation, typiquement avec le liquide extérieur, se traduisant en quelque sorte par une encapsulation moins poussée de l'organe électronique, permettait de résoudre les -3- problèmes dus aux cycles thermiques. Sans être lié à une interprétation particulière unique, il a été estimé que des cycles thermiques d'amplitude importante peuvent conduire vraisemblablement à l'introduction de liquide extérieur dans le logement pour le gel. Dans un cycle thermique ultérieur, ce liquide peut alors se trouver piégé par le gel, qui, de par sa forte viscosité, peut faire office de joint d'étanchéité. Le liquide étant empêché de se dilater, il peut alors en résulter des surpressions locales s'exerçant sur le corps d'épreuve, induisant une erreur de mesure de la pression réelle du fluide. De préférence, l'orifice de mise en communication du logement avec l'extérieur de la masse d'encapsulation est disposé, par rapport au corps d'épreuve, du côté et en vis-à-vis de la face de référence. C'est en effet dans cette zone, la plus éloignée de la chambre de pression à mesurer, et typiquement la plus confinée, que les risques que du liquide se retrouve piégé sont les plus importants. De préférence, l'orifice de mise en communication du logement avec l'extérieur 15 de la masse d'encapsulation est agencé de façon que la chambre de référence s'étende entre le corps d'épreuve et cet orifice. En général, l'orifice à une section circulaire de diamètre compris entre 0,2 et 1,0 mm, par exemple entre 0,3 et 0,8 mm. Le cas échéant, le capteur de l'invention comprend un boîtier étanche dans 20 lequel est logé le composant électronique, ce boîtier comprenant une membrane deformable sous l'effet de la pression à mesurer, et étant rempli par un fluide incompressible, par exemple un liquide ou un gel, dans lequel est plongé le composant électronique. Un tel capteur peut être utilisé dans un milieu très corrosif, puisque les 25 éléments de l'organe électronique ne sont pas en contact avec le milieu corrosif, mais avec un liquide ou un gel d'interposition, qui typiquement est choisi parmi les liquides ou gel non corrosifs vis-à-vis des différents éléments de l'organe électronique. On peut utiliser par exemple une huile hydrocarbonée paraffinique ou naphténique, qui est chimiquement neutre. 30 L'invention a également pour objet un pneumatique comprenant un capteur de pression pour la mesure de sa pression interne, ce capteur étant tel que précédemment défini. L'invention concerne enfin également l'utilisation d'un capteur tel que précédemment défini pour mesurer la pression d'un liquide, et en particulier 35 l'utilisation d'un capteur comprenant un organe électronique logé dans une masse d'encapsulation, plongé dans le liquide dont on veut mesurer la pression. -4- L'invention sera mieux comprise à la lecture de la figure unique annexée, qui est fournie à titre d'exemple et ne présente aucun caractère limitatif, représentant schématiquement un capteur de pression selon l'invention comprenant un organe électronique logé dans une masse d'encapsulation, formant ainsi un composant électronique, ce composant électronique étant plongé dans un liquide remplissant un boîtier externe étanche. On se réfère maintenant à la figure 1, qui représente notamment un corps d'épreuve 2, disposé entre deux éléments structurels, ou substrats, 4 et 6, par exemple en verre. La face supérieure 12 du corps d'épreuve 2 ou face d'épreuve 12 comprend une surface d'épreuve 10, au niveau d'une chambre de pression 8 accessible à un liquide environnant remplissant l'espace 42, via un orifice 24. La face du corps d'épreuve opposée à la face d'épreuve est une face de référence 18 comprenant une surface de référence 16, au niveau d'une chambre de pression de référence 14 étanche, disposée en vis-à-vis de la chambre de pression à mesurer 8. La chambre de pression de référence comprend typiquement un gaz sous un vide partiel, voir poussé. Ce vide peut être maintenu, l'élément structurel 6 étant monté étanche avec le corps d'épreuve 2, dans une zone périphérique autour de la chambre de pression de référence 14. Du fait de ce vide partiel, la pression du gaz résiduel dans la chambre de pression de référence 14 n'est que peu modifiée lors d'une montée en température du capteur. Ainsi, lorsque la pression à mesurer dans la chambre de pression à mesurer 8 évolue, la contre pression sur la surface de référence 16 en vis-à-vis de la chambre de pression à mesurer 8 reste sensiblement constante, ce qui permet de relier la déformation du corps d'épreuve 2 à la pression dans la chambre de pression à mesurer 8. L'élément structurel 4 est lui aussi monté étanche d'une part avec le corps d'épreuve 2, autour de la chambre de pression 8, et d'autre part avec un élément de support métallique 20. Le corps d'épreuve 2 comprend également un microcircuit typiquement électronique, non représenté sur la figure, relié à des moyens externes non représentés de traitement d'un signal corrélé à la pression à mesurer, ce signal étant transmis par des moyens de transmission (par exemple une pluralité de connexions électriques) représentés schématiquement sous le numéro de référence 32. L'ensemble formé par les éléments structurels 4, 6, et 20, et par le corps d'épreuve 2, avec son circuit électronique et ses connexions, forme un organe électronique, logé dans une masse d'encapsulation 22. Le logement compris entre l'organe électronique et la masse d'encapsulation 22, formé par le volume inférieur -5- 28 et le volume latéral 30 est rempli d'un gel de protection au moment de l'encapsulation de l'organe électronique. Ce gel permet notamment de limiter les contraintes mécaniques et/ou thermiques sur l'organe électronique pendant la phase d'encapsulation, et d'éviter sa dégradation. Le composant électronique, formé par l'organe électronique logé dans la masse d'encapsulation 22 est plongé dans un liquide remplissant tout l'espace 42 entre ce composant électronique et un boîtier étanche 38 comprenant une membrane souple 40 apte à retransmettre la pression externe au liquide remplissant l'espace 42 autour du composant électronique, et remplissant également la chambre de pression à mesurer 8. Lorsque la pression externe au boîtier 38 évolue, cette pression se transmet automatiquement au liquide compris dans l'espace 42, via la membrane 40, la pression de ce liquide s'exerçant également sur la surface d'épreuve 10, dans la chambre de pression à mesurer 8. Cette pression provoque alors une déformation du corps d'épreuve 2, qui se traduit par un signal corrélé à la pression s'exerçant dans la chambre de pression à mesurer 8, signal qui est transmis par les moyens de transmission 32 vers des moyens de traitement du signal permettant de calculer la pression dans la chambre de pression mesurer 8, cette pression étant sensiblement identique à la pression externe au boîtier 38. Selon l'invention, le capteur comprend un orifice 34 mettant en communication le logement 28, 30 pour le gel avec l'espace 42 extérieur à la masse d'encapsulation 22. On a pu constater expérimentalement qu'un tel orifice permettait de résoudre les dysfonctionnements du capteur de pression lors de cycles répétés comprenant de fortes amplitudes thermiques. On pense que lors de tels cycles, du liquide provenant de l'espace 42 peut s'infiltrer dans le logement pour le gel via la surface supérieure 36 ou la surface inférieure 37 entre la partie supérieure de l'organe électronique, le support métallique 20, et la masse d'encapsulation 22, et finit par parvenir notamment dans le volume inférieur 28. Lors du cycle thermique ultérieur, ce liquide peut se trouver piégé par le gel qui forme en quelque sorte un joint. Ce liquide, enfermé dans un volume déterminé, peut alors générer une surpression par dilatation lorsque la température augmente notamment dans le volume 28. Cette dilatation est susceptible de déformer l'organe électronique et donc le corps d'épreuve 2. La réalisation d'un orifice 34 permet d'éviter une telle surpression, le liquide pouvant sortir du logement pour le gel via cet orifice 34. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation présenté et d'autres modes -6- de réalisation apparaîtront clairement à l'homme du métier. REVENDICATIONS1.Capteur de pression comprenant un composant électronique comportant un organe électronique logé dans une masse d'encapsulation (22), l'organe électronique comportant un corps d'épreuve (2), une chambre de pression de référence (14) délimitée par une surface de référence (16) sur une face de référence (18) du corps d'épreuve, une chambre de pression à mesurer (8), communiquant avec l'extérieur de la masse d'encapsulation (22), délimitée par une surface d'épreuve (10) sur une face d'épreuve (12) du corps d'épreuve opposée à la face de référence (18), l'organe électronique et la masse d'encapsulation délimitant entre elles un logement (28, 30) pour du gel, caractérisé en ce qu'il comprend un orifice (34) mettant en communication le logement (28,30) pour le gel avec l'extérieur (42) de la masse d'encapsulation (22). 2.Capteur selon la revendication 1, dans lequel l'orifice (34) de mise en communication du logement (28,30) avec l'extérieur de la masse d'encapsulation est disposé, par rapport au corps d'épreuve (2) , du côté et en vis-à-vis de la face de référence (18). 3.Capteur selon la revendication 2, dans lequel l'orifice (34) de mise en communication du logement (28, 30) avec l'extérieur (6) de la masse d'encapsulation est agencé de façon que la chambre de référence (14) s'étende entre le corps d'épreuve (2) et cet orifice (34). 4.Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'orifice (34) à une section circulaire de diamètre compris entre 0,2 et 1,0 mm. 5.Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un boîtier étanche (38) dans lequel est logé le composant électronique, ce boîtier (38) comprenant une membrane deformable (40) sous l'effet de la pression à mesurer, et étant rempli par un fluide incompressible, par exemple un liquide ou un gel, dans lequel est plongé le composant électronique. 6. Pneumatique comprenant un capteur de pression pour la mesure de sa pression interne, caractérisé en ce que ce capteur de pression est selon l'une quelconque des revendications 1 à 5. 7.Utilisation d'un capteur pour mesurer la pression d'un liquide, caractérisée en ce que ce capteur est selon l'une des revendications 1 à 4.