Brevet FR3051904A1 — publié le 20171201

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif détec- teur micromécanique, notamment un détecteur micromécanique de chocs ainsi que son procédé de fabrication. Etat de la technique De façon caractéristique, on utilise des noeuds-détecteurs, notamment des détecteurs de chocs, par exemple, pour surveiller des produits fragiles pendant leur transport, directement pour les secousses ou les chocs provoqués par des chutes pendant le transport. De tels noeuds-détecteurs pour contrôler une chaîne de livraison néces- sitent habituellement des sources d'énergie externe et sont aussi équipées d'un système GSM (système global de communication téléphonique mobile) ou GPS (Système de localisation). Ce système permet, par la localisation, de faire également des mesures concernant, par exemple, l'accélération, la température ou l'humidité ainsi que le stockage des données correspondantes. Les détecteurs de chocs peuvent se trouver, par exemple, dans deux réservoirs en verre contenant des liquides. Lorsqu'on dépasse une certaine accélération, par exemple un choc en cas de chute, la liaison entre les deux réservoirs en verre se casse et les liquides se mélangent et permettent d'observer ce changement rapide de couleur. Le document EP 1 739 394 A 1 décrit un détecteur de chocs. Le détecteur de chocs comporte notamment une source optique et une unité d'exploitation et de détection. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif de détecteur micromécanique comportant un substrat avec une structure de photoresist sur le substrat, la structure de photoresist étant réalisée de façon à conduire la lumière incidente dans le substrat, et une cavité dé- veloppée au moins par zone entre le substrat et la structure de photore- sist, cette cavité étant chevauchée par une zone oscillante de la structure de photoresist de façon que selon le débattement de la zone oscillante, cette zone se rompt ou modifie sa caractéristique de transmission. 3051904 2 L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel dispositif détecteur micromécanique, consistant à utiliser un substrat, déposer une première couche de photoresist sur le substrat, structurer la première couche de photoresist, déposer une seconde 5 couche de photoresist qui couvre au moins par zone la première couche de photoresist, structurer la seconde couche de photoresist et enlever la première couche de photoresist de façon à développer une structure de photoresist ayant une cavité et une zone oscillante. Avantages de l'invention 10 La caractéristique de base de la présente invention con- siste à poursuivre le développement d'un dispositif de détecteur micromécanique avec une structure de photoresist. La structure de photoresist, en particulier, selon le domaine d'utilisation, peut se mettre en forme simplement et être exploitée simplement par une caméra avec 15 un dispositif d'éclairage. En d'autres termes, le dispositif de détecteur micromécanique comporte un substrat muni d'une structure de photoresist qui conduit la lumière incidente dans le substrat et entre le substrat et la structure de photoresist il y a une cavité au moins par zone ; cette cavi- 20 té est chevauchée par une zone oscillante de la structure de photoresist pour qu'en fonction de son débattement, cette zone se casse ou change de caractéristique de transmission. Le débattement de la zone oscillante de la structure de photoresist peut résulter de la chute du produit auquel est associé le dispositif détecteur micromécanique, en étant collé 25 ou fixé à celui-ci. L'invention a également pour objet un procédé de réalisation du dispositif de détecteur micromécanique comme décrit ci-dessus consistant à utiliser un substrat sur lequel on dépose une première couche de photoresist. Dans l'étape suivante on structure la première 30 couche de photoresist et sur cette première couche structurée de photo- resist, on dépose une seconde couche de photoresist. La seconde couche de photoresist couvre au moins par zone, la première couche de photoresist. Dans la dernière étape, on structure la seconde couche de photoresist et on enlève la première couche de photoresist pour obtenir une structure de photoresist ayant une cavité et une zone oscillante. 3051904 3 Selon un développement préférentiel, le substrat a un premier accès optique et un second accès optique, la zone oscillante se trouvant entre le premier accès optique et le second accès optique. Cela permet d'intégrer de manière simple la structure de photoresist dans la 5 zone oscillante. Selon un autre développement, le premier accès et le second accès optique sont réalisés sous la forme de guides d'ondes. Cela permet d'injecter pratiquement sans perte de transmission, la lumière incidente dans le substrat, par la structure de photoresist avec la zone 10 oscillante. Selon un autre développement préférentiel, la zone oscillante comporte des branches oscillantes et une masse oscillante entre les branches oscillantes. On peut ainsi régler la zone oscillante, notamment d'une manière très sensible vis-à-vis d'un débattement dépen- 15 dant de l'accélération. Selon un autre développement préférentiel, le substrat a un côté avant et un côté arrière à l'opposé du côté avant. Le côté arrière du substrat comporte un revêtement opaque à la lumière. On peut ainsi définir, de manière simple, la zone d'accès à la lumière. 20 Selon un autre développement préférentiel, le revêtement opaque du côté arrière du substrat se trouve entre le premier accès optique et le second accès optique. Ainsi, on pourra injecter de la lumière prédéfinie dans le substrat, qui est par exemple transparent ou translucide, par l'intermédiaire du côté arrière du substrat. Le substrat décrit 25 ici peut notamment se résumer à un fil. En d'autres termes, le substrat tel que décrit n'a pas de fonction de support. Selon un autre développement préférentiel, le côté arrière comporte un revêtement opaque continu ce qui permet d'injecter la lumière également par le côté avant du substrat transparent, la lumière 30 étant guidée par la structure de photoresist. Selon un autre développement préférentiel, la zone oscillante sur le côté tourné vers la cavité comporte des traces d'un dépôt chimique. Les traces du dépôt chimique correspondent à la gravure d'une couche sacrificielle, ce qui permet de réaliser très simplement la 35 structure de photoresist décrite. 3051904 4 Selon un autre développement préférentiel, on développe, de manière positive, la première couche de photoresist et, de manière négative, la seconde couche de photoresist. Cela permet une fabrication simple de la structure de photoresist par des emplacements de couche 5 sacrificielle de la première couche de photoresist, si bien que la zone oscillante ne présente pratiquement pas de structure. Il est possible, avantageusement, de brancher en série de tels dispositifs détecteurs micromécaniques ayant des zones d'oscillation différentes ou des masses oscillantes, en série permettant 10 de détecter différentes accélérations aux chocs en fonction du débatte- ment de la zone oscillante car cette zone se casse ou modifie ses propriétés de transmission par des caractéristiques d'oscillations différentes. Le détecteur micromécanique, décrit ci-dessus, permet, 15 par exemple, de déterminer l'état d'un produit, qui, s'il n'est pas en- dommagé, fait que la zone oscillante conduit la lumière incidente dans le substrat. En d'autres termes, la structure de photoresist se casse ou modifie sa caractéristique de transmission si le produit chute d'une manière quelconque au cours du transport ou si sa position varie brus- 20 quement sous l'effet d'une influence extérieure de sorte que la lumière ne sera plus conduite ou ne sera pratiquement plus conduite à travers la structure de photoresist. Pour cela, on peut utiliser notamment un mobile avec une caméra et un flash si bien que le flash traversant ou non la structure de photoresist sera détecté par la caméra ou ne sera 25 pas détecté. Cela permet de connaître, de façon simple et économique, l'état du produit. Les caractéristiques décrites ci-dessus à propos du détec- teur microélectromécanique s'appliquent également à un procédé de fabrication correspondant. 30 Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'un dispositif détecteur micro-électromécanique et de son procédé de fabrication représentés dans les dessins annexés dans lesquels : 3051904 5 les figures lA et 1B sont des sections schématiques et des vues de dessus correspondantes servant à décrire un dispositif de détecteur microélectromécanique et un procédé de fabrication correspondant selon un premier mode de réalisation de l'invention, 5 les figures 2A et 2B sont des sections schématiques et une vue cor- respondante servant à décrire un dispositif détecteur microélectromécanique ainsi qu'un procédé de fabrication correspondant au second mode de réalisation de l'invention, les figures 3A et 3B sont des vues en section, schématiques et des 10 vues correspondantes pour décrire un dispositif de détecteur mi- croélectromécanique et un procédé de fabrication correspondant selon un troisième mode de réalisation de l'invention, les figures 4A-4D sont des sections schématiques et une vue de dessus correspondante (figure 4B), servant à décrire le fonction- 15 nement du dispositif détecteur microélectromécanique des figures 1A, 1B, des figures 2A, 2B et des figures 3A, 3B, la figure 5 est une représentation schématique servant à décrire le fonctionnement du dispositif de détecteur microélectromécanique selon les figures 1A, 1B, les figures 2A, 2B et les figures 3A, 3B, 20 la figure 6 est une vue en section schématique servant à décrire un dispositif de détecteur microélectromécanique et son procédé de fabrication selon un quatrième mode de réalisation de l'invention et, les figures 7A-7F sont des vues en section schématiques servant à 25 décrire un procédé de fabrication d'un dispositif détecteur micro électromécanique. Description de modes de réalisation de l'invention Dans les différentes figures on utilisera les mêmes réfé- rences pour désigner les mêmes éléments ou des éléments de même 30 fonction. La figure lA est une vue schématique en coupe et la figure 1B une vue de dessus correspondante, servant à décrire un dispositif de détecteur microélectromécanique et son procédé de fabrication selon un premier mode de réalisation de l'invention. 3051904 6 A la figure 1, la référence 100 désigne le dispositif de détecteur micro-électromécanique comportant un substrat 10 et une structure de photorésist 20 appliquée sur le substrat. La structure de photorésist 20 est développée sur le substrat 10 pour conduire la lu- 5 mière incidente dans le substrat 10. Cela signifie que la structure de photorésist 20 de la figure lA fonctionne comme un guide de lumière pour la lumière incidente ou sortant du substrat 10. Comme le montre la figure 1A, une cavité H1 est réalisée au moins par zones entre le substrat 10 et la structure de photorésist 10 20. La cavité H1 est chevauchée par la zone oscillante 21 de la struc- ture de photorésist 20 pour qu'en fonction du débattement P1 (représenté par la double flèche) de la zone oscillante 21, cette zone oscillante 21 se casse ou modifie sa propriété de transmission. Le substrat 10 indiqué à la figure lA comporte un côté 15 avant 11 et un côté arrière 12 à l'opposé du côté avant 11 ; le substrat 10 a un premier accès optique 13 et un second accès optique 14 ; la zone oscillante 21 se trouve entre le premier accès optique 13 et le second accès optique 14. Comme le montre la figure 1A, la cavité H1 se trouve également entre le premier accès optique 13 et le second accès 20 optique 14 du côté avant 11 du substrat 10. Le substrat 10 comporte, sur le côté arrière 12, un revêtement 40 transparent à la lumière et le revêtement opaque 40 se trouve entre le premier accès optique 13 et le second accès optique 14. Comme le montre la figure 1B, la zone oscillante 21 com- 25 porte des bras oscillants 22 et une masse oscillante M1 entre les branches et la masse oscillante M1 installée entre les branches 22. En particulier, la masse oscillante M1 influence le débattement de la zone oscillante 21 en fonction de l'accélération. Si l'accélération est dépassée ou en cas de chute d'un produit, la masse oscillante M1 sera déviée à 30 un point tel que les bras oscillants 22 se cassent ou modifient leur ca- ractéristique de transmission. La figure 2A est une vue en coupe schématique et la fi- gure 2B une vue de dessus correspondante, servant à décrire un dispositif de détecteur micromécanique et son procédé de fabrication selon 35 un second mode de réalisation de l'invention. 3051904 7 La vue en coupe schématique de la figure 2A ainsi que la vue de dessus de la figure 2B qui correspond à la figure 2A montre un dispositif de détecteur micromécanique comme celui de la figure lA et de la figure 1B à la différence que le revêtement opaque 40 couvre com- 5 plètement le côté arrière 12 du substrat 10. Selon ce second mode de réalisation du dispositif détecteur micromécanique 100, la lumière sera injectée par le premier accès optique 13 et par le second accès optique 14 en passant par le côté avant 11 du substrat 10. Le substrat décrit ici comporte notamment une matière transparente, non opaque ou tran- 10 slucide. La figure 3A est une vue en coupe schématique et la figure 3B une vue de dessus correspondante, servant à décrire un dispositif de détecteur microélectromécanique et son procédé de fabrication, pour un troisième mode de réalisation de l'invention. 15 La vue en coupe schématique de la figure 3A ainsi que la vue de dessus de la figure 3B qui correspond à la figure 3A montre un dispositif détecteur microélectromécanique selon les figures lA et 1B à la différence que le premier accès optique 13 et le second accès optique 14 sont sous la forme de guides d'ondes optiques 01. Cela permet 20 d'injecter la lumière dans le substrat, pratiquement sans perte de transmission dans la structure de photoresist 20 par la zone oscillante 21. Les figures 4A, 4C et 4D sont des vues en coupe schéma- tique et la figure 4B, une vue de dessus correspondant à la figure 4A 25 servant à décrire le fonctionnement du dispositif de détecteur micro- électromécanique selon les modes de réalisation des figures 1A, 1B, les figures 2A, 2B et les figures 3A, 3B ci-dessus. Les figures 4A et 4B correspondent pratiquement au dis- positif de détecteur microélectromécanique 100 présenté aux figures lA 30 et 1B à la différence toutefois que la plage oscillante est formée par un rétrécissement entre le premier accès optique 13 et le second accès optique 14. Comme cela apparaît à la figure 4C, en cas d'accélération du dispositif microélectromécanique 100, on a le débattement P1 de la zone oscillante 21 de la structure de photoresist 20. Dans ce cas, ce n'est pas 35 la zone oscillante 21 au niveau du rétrécissement qui casse, mais celle 3051904 8 qui est au-dessus de la cavité H 1. Comme l'indiquent les flèches de la figure 4D, la zone oscillante 21 de la structure de photoresist 20 est interrompue et la lumière ne peut plus être conduite du premier accès optique 13 au second accès optique 14 comme cela est représenté par 5 les flèches unidirectionnelles. La figure 5 est une représentation schématique servant à décrire le fonctionnement du dispositif de détecteur micromécanique selon les figures 1A, 1B, les figures 2A, 2B et les figures 3A, 3B. Le dispositif détecteur 100 micro-électromécanique décrit 10 peut ainsi déterminer, par exemple, l'état d'un produit ; à l'état non en- dommagé du produit, c'est-à-dire de la zone oscillante 21, la lumière incidente est transmise au substrat 10. En d'autres termes, si la zone oscillante 21 de la structure de photoresist 20 se casse ou modifie ses propriétés de transmission, par exemple, si le produit tombe en cours 15 de transport ou si la position du produit change brusquement sous l'effet d'une influence extérieure de sorte que la lumière ne traverse plus ou seulement de façon négligeable la zone oscillante 21 de la structure de photoresist 20. Pour cela on peut utiliser un Smartphone Si avec une caméra K1 et un flash Bl, le flash qui traverse la structure de pho- 20 toresist ou ne la traverse pas, étant détecté ou non par la caméra. Cela permet de conclure d'une manière simple et économique à l'état du produit. La figure 6 est une vue en coupe schématique servant à décrire le dispositif de détecteur microélectromécanique et son procédé 25 de fabrication selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. La référence 100 à la figure 6 désigne le dispositif de détecteur microélectromécanique 100 ; la structure de photoresist 20 chevauche des cavités H 1, H2, H3 de tailles différentes. Le substrat 10 de la figure 6 comporte quatre accès optiques 13, 14, 15, 16. Les zones os- 30 cillantes 21 de la figure 6 sont, par exemple, dimensionnées de façon différente ; elles sont notamment composées de la masse oscillante Ml, M2, M3 pour que le débattement Pl de la zone oscillante 21 dépende de valeurs d'accélération différentes. 3051904 9 Les figures 7A-7F sont des vues en coupe schématique servant à décrire un procédé de fabrication d'un dispositif de détecteur microélectromécanique. Comme le montre la figure 7A, on utilise un substrat 10 5 ayant un côté avant 11 et un côté arrière 12 à l'opposé du côté avant 11. Selon la figure 7B, on dépose une première structure de photorésist 50 sur le côté avant 11 du substrat 10. Comme le montre la figure 7C, on réalise la première 10 structure de photorésist 50. Selon la figure 7D, on dépose une seconde couche de photorésist 20'. Cette seconde couche de photorésist 20' couvre au moins par zones la première couche de photoresist 50. Pour la mise en structure de la seconde couche de photoresist 20', on se reportera aux 15 vues de dessus des figures 1B, 2B et 3B. Selon la figure 7E, on structure la seconde couche de photoresist 20' en enlevant la première couche de photoresist 50 pour développer avec la structure de photoresist 20, une cavité H1 et une zone oscillante 21. 20 Selon la figure 7F, on applique le revêtement opaque 40 sur le côté arrière 12 du substrat 10 de façon à réaliser le premier accès optique 13 et le second accès optique 14. Le procédé de réalisation du dispositif de détecteur mi- cro-électromécanique 100 représenté aux figures 7A-7F, développe posi- 25 tivement la première couche de photoresist 50 et négativement la seconde couche de photoresist 20'. La seconde couche de photoresist 20' est, par exemple, du SU-8. Par le développement négatif de la seconde couche de photoresist 20', celle-ci est plus robuste vis-à-vis de la gravure de la résine photoresist, par exemple, avec DMSO ou de 30 l'acétone. En outre, on peut compléter la réticulation de la seconde couche de photoresist 20' par une cuisson finale, par exemple une trempe et en particulier on peut améliorer la stabilité chimique et la stabilité mécanique. On réalise ainsi simplement la gravure de la couche sacrificielle qui correspond à la première couche de photoresist. 35 En outre, de cette manière, on peut avoir des géométries différentes de 3051904 10 la zone oscillante 21 avec les bras oscillants 22 et la masse oscillante M1 placée entre les bras oscillants 22 (figure 6). 5 3051904 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Substrat 11 Côté avant du substrat 5 12 Côté arrière du substrat 13 Premier accès optique 14 Second accès optique 13,14,15,16 Accès optiques 20 Structure de photoresist 10 20' Seconde couche de photoresist 21 Zone oscillante entre le premier et le second accès op tiques 22 Branche oscillante Revêtement opaque 15 50 Première couche de photoresist 100 Dispositif de détecteur microélectromécanique B1 Eclair de flash H1, H2, H3 Cavités de tailles différentes K1 Caméra 20 Ml, M2, M3 Masses oscillantes P1 Débattement Si Mobile 25 REVENDICATIONS1°) Dispositif de détecteur micromécanique (100) comportant : - un substrat (10) avec une structure de photoresist (20) sur le substrat, la structure de photoresist (20) étant réalisée de façon à conduire la lumière incidente dans le substrat, et une cavité (H1) est développée au moins par zone entre le substrat (10) et la structure de photoresist (20), cette cavité étant chevauchée par une zone oscillante (21) de la structure de photoresist (20) de fa- çon que selon le débattement (P1) de la zone oscillante (21), cette zone (21) se rompt ou modifie sa caractéristique de transmission. 2°) Dispositif de détecteur micromécanique (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (10) a un premier accès optique (13) et un second accès op- tique (14), et la zone oscillante (21) se trouve entre le premier accès optique (13) et le second accès optique (14). 3°) Dispositif de détecteur micromécanique (100) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le premier accès optique (13) et le second accès optique (14) sont sous la forme de guides d'ondes optiques (01). 4°) Dispositif de détecteur micromécanique (100) selon l'une des reven- dications 1 à 3, caractérisé en ce que la zone oscillante (21) comporte des branches oscillantes (22) et une masse oscillante (M1) entre les branches oscillantes (22). 5°) Dispositif de détecteur micromécanique (100) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le substrat (10) a une face avant (11) et une face arrière (12) à l'opposé de la face avant (11), 3051904 13 - la face arrière (12) du substrat (10) étant couverte d'un revêtement opaque (40). 6°) Dispositif de détecteur micromécanique (100) selon la revendication 5, 5 caractérisé en ce que le revêtement opaque (40) sur le côté arrière (12) du substrat (10) se trouve entre le premier accès optique (13) et le second accès optique (14). 10 7°) Dispositif de détecteur micromécanique (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le côté arrière (12) a un revêtement opaque (40) continu. 8°) Dispositif de détecteur micromécanique (100) selon l'une des reven- 15 dications 1 à 7, caractérisé en ce que la zone oscillante (21) présente sur son côté tourné vers la cavité (H1), les traces d'une gravure chimique. 20 9°) Procédé de réalisation d'un dispositif détecteur micromécanique (100), notamment selon l'une des revendications 1 à 8, consistant à : utiliser un substrat (10), déposer une première couche de photoresist (50) sur le substrat (10), 25 structurer la première couche de photoresist (50), déposer une seconde couche de photoresist (20') qui couvre au moins par zone, la première couche de photoresist (50), structurer la seconde couche de photoresist (20') et enlever la première couche de photoresist (50) de façon à développer une struc- 30 ture de photoresist (20) ayant une cavité (H1) et une zone oscillante (21). 10°) Procédé de réalisation d'un dispositif de détecteur micromécanique (100) selon lequel on développe positivement la première couche de pho- 35 toresist (50) et négativement la seconde couche de photoresist (20').