Brevet FR3068467A1 — publié le 20190104

Capteur de pression simplifié La présente invention concerne un capteur de pression destiné notamment à être monté sur un répartiteur d'air d'admission d'un véhicule automobile. Ce type de capteur comprend généralement une sonde de pression pour mesurer la pression d'un mélange gazeux circulant dans le répartiteur d'admission d'un moteur thermique d'un véhicule. Il peut être utilisé dans une boucle EGR («Exhaust Gaz Recirculation»), par exemple. Ce capteur est communément appelé capteur MAP («Manifold Air Pressure»). Ce capteur de pression peut éventuellement comprendre une sonde de température pour mesurer la température du mélange gazeux qui est constitué essentiellement d'air mais peut comporter également des gaz d'échappement qui recirculent dans l'admission, des vapeurs d'huile provenant du recyclage des gaz des carters, et des vapeurs de carburant pouvant provenir du réservoir. Ce type de capteur est communément appelé capteur TMAP («Temperature Manifold Air Pressure»). La mesure de la pression et de la température permet au système de contrôle pilotant le moteur thermique de déterminer entre autre la densité de l'air admis. Cette information permet d'optimiser le pilotage du moteur afin de réduire les émissions polluantes et d'augmenter les performances. La sonde de pression comprend un élément sensible à la pression monté sur un premier substrat qui peut être un circuit imprimé du type PCB ou une céramique. Des premiers moyens de connexion électrique sont prévus pour relier l'élément sensible à la pression au premier substrat. Cet ensemble élément sensible / substrat est monté dans un premier boitier de protection. Des deuxièmes moyens de connexion électrique sont prévus pour relier cet ensemble élément sensible / substrat au premier boitier de protection qui est classiquement rempli d'un gel pour former une sonde de pression. Cette sonde de pression est donc fabriquée à part et est ensuite montée sur un deuxième substrat qui peut être également un circuit imprimé du type PCB ou une céramique. Des troisièmes moyens de connexion électrique sont prévus pour relier la sonde de pression au deuxième substrat. Ces troisièmes moyens de connexion électrique peuvent être une grille de connexion (« lead frame » en anglais). Cet ensemble sonde de pression / deuxième substrat est ensuite logé dans un deuxième boitier de protection en plastique. Les capteurs de pression classiques comprennent donc trois moyens de connexions différents, rendant le processus de fabrication complexe et cher. 1 2 L'invention a donc pour objectif de pallier à ces inconvénients de l'art antérieur en proposant un capteur de pression plus simple et moins cher que ceux de l'art antérieur, ainsi qu'un procédé de fabrication plus simple. L'invention concerne un capteur de pression pour mesurer la pression dans un 5 système de gaz d'échappement d'un moteur thermique, comportant un substrat, un élément sensible à la pression, et un boîtier de protection dans lequel sont logés le substrat et l'élément sensible à la pression. Selon l'invention, l'élément sensible à la pression est fixé directement sur le substrat. 10 Le capteur de pression comprend des moyens de connexion pour relier électriquement et directement le substrat à l'élément sensible à la pression et un substrat métallique pour relier électriquement les moyens de connexion à un connecteur. En variante, le boîtier de protection comprend un logement recevant l'élément 15 sensible à la pression. Le logement comporte une paroi périphérique entourant l'élément sensible à la pression. Selon une autre variante, le logement est rempli de gel de façon à recouvrir l'élément sensible à la pression. Selon une autre variante, l'élément sensible à la pression est fixé sur le 20 substrat au moyen d'une colle. Selon un mode de réalisation possible, le capteur de pression est un capteur de pression différentiel comprenant un canal reliant l'élément sensible à la pression à un milieu à mesurer. Le canal traverse le boîtier de protection et le substrat. En variante, l'élément sensible à la pression comprend des moyens de 25 traitement du signal de pression. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'un capteur de pression pour mesurer la pression dans un système de gaz d'échappement d'un moteur thermique. Selon l'invention, le procédé de fabrication comprend les étapes suivantes : 30 - fixation d'un élément sensible à la pression directement sur un substrat, - connexion électrique du substrat directement à l'élément sensible à la pression par des moyens de connexion, - connexion électrique des moyens de connexion à un connecteur par l'intermédiaire d'un substrat métallique, et 35 - surmoulage d'un boîtier de protection autour du substrat, de l'élément sensible à la pression et du substrat métallique. En variante, le procédé comprend une étape de formation d'un logement dans le boîtier de protection pour loger l'élément sensible à la pression. Selon une autre variante, le procédé de fabrication comprend une étape de remplissage du logement avec un gel jusqu'à recouvrir l'élément sensible à la pression. 2 3 L'invention fournit ainsi un capteur de pression plus simple et moins cher que ceux de l'art antérieur. En effet, les trois différents moyens de connexion électrique qui sont nécessaires pour un capteur de pression de l'art antérieur sont remplacées pas un 5 seul moyen de connexion (une seul grille de connexion). De plus, le premier substrat n'est plus nécessaire. Le capteur de pression comprend donc un seul substrat relié électriquement directement à l'élément sensible à la pression. Le processus de fabrication est aussi simplifié. Le logement entourant 10 l'élément sensible à la pression est intégré au boitier de protection et est obtenu en même temps que ce dernier, lors d'une opération de moulage du boîtier, par exemple. Il est ainsi possible de moduler les dimensions du logement à souhait durant l'étape de fabrication du boitier de protection. Ces dimensions sont réduites par 15 rapport aux dimensions habituelles, permettant d'utiliser moins de gel. Un seul boitier de protection est nécessaire au lieu de deux selon l'art antérieur (boitier de protection du PCB + boitier de protection de l'élément sensible à la pression). Les caractéristiques de l'invention seront décrites plus en détail en se référant 20 aux figures : - la figure 1 est une représentation schématique d'un capteur de pression différentiel selon un mode de réalisation possible de l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un capteur de pression absolu selon un autre mode de réalisation possible de l'invention. 25 La figure 1 représente schématiquement un capteur de pression 1 pour mesurer une pression dans un système de gaz d'échappement d'un moteur thermique, selon un mode de réalisation possible de l'invention. Ce capteur de pression est un capteur de pression différentiel. Ce capteur de pression 1 comprend un substrat 3 qui peut être un circuit 30 imprimé du type PCB, une céramique ou un substrat métallique. Le substrat 3 peut être un circuit imprimé communément appelé FR4 PCB (« Flamme Resistant 4 Printed Circuit Board ») qui est un composite de résine époxy renforcé de fibre de verre. Selon l'invention, le capteur de pression 1 comprend un élément sensible à la 35 pression 2 qui est fixé directement sur le substrat 3. L'élément sensible à la pression 2 est fixé sur le substrat 3 au moyen d'une colle. Le capteur de pression 1 comprend des moyens de connexion 5 pour relier électriquement et directement le substrat 3 à l'élément sensible à la pression 2. Les 40 moyens de connexion 5 peuvent être des pattes ou fils métalliques. 3 4 Le capteur de pression 1 comprend un substrat métallique 18 pour relier électriquement les moyens de connexion 5 à un connecteur (non représenté), dit connecteur client permettant de connecter le capteur de pression 1 à un dispositif de contrôle du véhicule. 5 Ce substrat métallique 18 est de préférence une grille de connexion (« lead frame » en anglais). On obtient ainsi dans un premier temps, selon le procédé de fabrication de l'invention, une sonde de pression formée par le substrat 3, l'élément sensible à la pression 2 et les moyens de connexion 5. 10 Le capteur de pression 1 comprend un boîtier de protection 4 dans lequel est logée cette sonde de pression. Le boîtier de protection 4 est avantageusement en polymère. Le boîtier de protection 4 comprend un logement 6 recevant l'élément sensible à la pression 2. Le logement 6 comporte une paroi périphérique 7 entourant l'élément 15 sensible à la pression 2. L'élément sensible à la pression 2 comprend une première surface 10 destinée à mesurer une première pression P1 dans le milieu du moteur à mesurer. La hauteur de la paroi périphérique 7 est adaptée pour dépasser la première surface 10 de l'élément sensible à la pression 2. 20 Le logement 6 est obtenu directement lors de l'étape de fabrication du boîtier de protection 4, lors du moulage de ce dernier par exemple. Le logement 6 est intégré au boitier de protection 4. Le boîtier de protection 4 est surmoulé autour du substrat 3, de l'élément sensible à la pression 2 et du substrat métallique 18. Le logement 6 est formé lors de 25 ce surmoulage. Le positionnement du substrat 3 à l'intérieur du boîtier de protection 4 et le positionnement de l'élément sensible à la pression 2 dans le logement 6 du boîtier de protection 4 sont donc réalisées simultanément lors d'une seule et même étape, contrairement aux procédés de l'art antérieur comprenant deux étapes distinctes. 30 Le procédé de fabrication comprend ensuite une étape de remplissage du logement 6 avec un gel 9 jusqu'à recouvrir l'élément sensible à la pression 2. Le gel 9 est destiné à protéger la surface de l'élément sensible à la pression 2 qui est en contact avec le milieu du moteur à mesurer. L'élément sensible à la pression 2 comprend des moyens de traitement du 35 signal de pression du type ASSIC ou ASSD, par exemple. Le capteur de pression 1 représenté sur la figure 1 est un capteur de pression différentiel, à titre d'exemple. Le capteur de pression 1 peut être également un capteur de pression absolue, comme illustré sur la figure 2. Le substrat métallique 18 n'est pas représenté sur la 40 figure 2 par simplification. 4 5 Le capteur de pression 1 de la figure 1 comprend une deuxième surface 11 destinée à mesurer une deuxième pression P2 qui peut être dans le milieu à mesurer du moteur ou la pression atmosphérique. Cette deuxième surface 11 est en contact avec le milieu à mesurer via un 5 canal 12 formé dans le boitier de protection 4. Le canal 12 relie l'élément sensible à la pression 2 au milieu à mesurer. Le canal 12 traverse le boîtier de protection 4 et le substrat 3. Pour cela, le substrat 3 comprend un orifice 17. Le capteur de pression 1 comprend un connecteur pour le relier à un dispositif 10 électronique de contrôle externe (non représentés). Le substrat 3 est relié à des contacts électriques de ce connecteur au moyen de liaisons électriques. Le capteur de pression 1 comprend en option une sonde de température 13, comme illustrée sur la figure 1. La sonde de température 13 comprend un élément sensible à la température 14 qui est connecté au substrat 3 par l'intermédiaire de 15 deux pattes métalliques 15. Les pattes métalliques 15 traversent le canal 12 formé dans le boitier de protection 4. L'élément sensible à la température 14 est logé dans une arche 16 pour le protéger des chocs mécaniques. 20 La figure 2 est une représentation schématique d'un capteur de pression absolu selon un autre mode de réalisation possible de l'invention. Ce capteur de pression 1 comprend un substrat 3 qui peut être un circuit imprimé du type PCB ou une céramique. Le capteur de pression 1 comprend un élément sensible à la pression 2 qui 25 est fixé directement sur le substrat 3 au moyen d'une colle. Le capteur de pression 1 comprend des moyens de connexion 5 pour relier électriquement et directement le substrat 3 à l'élément sensible à la pression 2. Ces moyens de connexion 5 comprennent de préférence une grille de connexion (« lead frame » en anglais). 30 Le capteur de pression 1 comprend un boîtier de protection 4 dans lequel est logée cette sonde de pression comportant un logement 6 recevant l'élément sensible à la pression 2. Le logement 6 comporte une paroi périphérique 7 entourant l'élément sensible à la pression 2. L'élément sensible à la pression 2 comprend une première surface 10 35 destinée à mesurer une pression P1 dans le milieu du moteur à mesurer. La hauteur de la paroi périphérique 7 est adaptée pour dépasser la première surface 10 de l'élément sensible à la pression 2. Le logement 6 est rempli de gel 9 de façon à recouvrir l'élément