Brevet FR3128839A1 — publié le 20230505

L’invention porte sur un système d’encapsulation 1 compacte et robuste pour protection de dispositif à onde de surface. Le système d’encapsulation 10 comprend un dispositif SAW 3 ainsi qu’un cordon de scellement 9 qui scelle un second substrat 11 sur le substrat de base 1 du dispositif SAW 3 de manière à former une cavité 13, ainsi qu’un moyen de connexion 11 agencé extérieurement à la cavité 13 sur le système d’encapsulation 1. Figure pour l’abrégé: Fig. 1 Système d’encapsulation de dispositif à ondes élastiques de surface Domaine de l’invention L’invention objet de la présente demande porte sur les dispositifs à ondes élastiques de surface, aussi appelés dispositifs à ondes acoustiques de surface ou encore dispositifs SAW selon l’acronyme du terme anglais, « Surface Acoustic Wave ». Elle concerne en particulier un système de protection desdits dispositifs SAW, ainsi qu’un procédé correspondant de fabrication d’un tel dispositif. Arrière-plan technologique de l’invention Les dispositifs SAW sont sensibles aux variations de la fréquence résonante d’ondes élastiques en surface de matériaux piézoélectriques selon stimuli externes. Ces stimuli externes peuvent être de nature électrique, physique, chimique ou biologique. La grande versatilité, fiabilité, sensibilité et production économique de ces dispositifs rend leur application hautement désirable dans un grand nombre de domaines. Ainsi les dispositifs SAW sont utilisés dans de diverses applications, notamment comme capteurs de température, de pression, de force, etc. L’applicabilité de dispositifs SAW présente deux limitations principales : d’une part les risques au bon fonctionnement encourus par exposition des parties sensibles des dispositifs à l’environnement extérieur, et d’autre part l’encombrement dû à la connectique de communication au poste de contrôle. Ainsi est divulgué dans S. Ballandras et al., "P1I-5 Micro-Machined, All Quartz Package, Passive Wireless SAW Pressure and Temperature Sensor," 2006 IEEE Ultrasonics Symposium, 2006, pp. 1441-1444, doi: 10.1109/ULTSYM.2006.363, et plus particulièrement p.1443, un premier système d’encapsulation permettant la protection d’un capteur comprenant trois dispositifs SAW pour déterminer la pression et la température. Objet de l’invention Compte tenu de ce qui précède, la présente invention a pour objectif d’apporter une solution améliorée de protection de dispositif SAW, et notamment une solution qui réunis robustesse avec compacité et une production plus économique. Brève description de l’invention A cet égard l’invention concerne un système d’encapsulation de dispositif SAW, comprenant ledit dispositif SAW comprenant au moins un substrat de base et un transducteur interdigital, aussi appelé transducteur à peignes interdigités ou encore transducteur interdigité, formé sur ledit substrat de base, le système d’encapsulation comprenant par ailleurs un cordon de scellement qui scelle un second substrat avec ledit substrat de base de manière à former une cavité enveloppant ledit transducteur interdigital, ainsi qu’un moyen de connexion pour connecter une antenne, lié à au moins un transducteur interdigital. Le système d’encapsulation est caractérisé en ce que ledit moyen de connexion pour antenne, en particulier un connecteur radiofréquence miniature coaxial, est agencé extérieurement à la cavité sur le substrat de base ou sur le second substrat. En intégrant la connectique pour antenne directement au système d’encapsulation peut être obtenu une protection de dispositif SAW plus robuste, compacte et économique que connue auparavant. Ainsi l’intégration directe de l’antenne peut éliminer les voies de communication nécessaires précédemment et les contraintes additionnelles présentées par celles-ci. Cela présente un nombre d’avantages : Dans un premier temps, l’espace total occupé par le système peut être diminué, augmentant sa compacité et sa versatilité de placement, notamment dans des structures déjà existantes, ainsi que dans des espaces restreints. Ensuite, le nombre de composants et d’étapes de production du système peut être réduit, réduisant les coûts de production d’un tel système d’encapsulation. Finalement, en réduisant les longueurs des voies conductrices de communication entre dispositif SAW et un moyen de connexion pour antenne déporté peut être avantageusement dissipée par ce système d’encapsulation l’exposition des voies de communication aux risques présentés par l’environnement externe. Ainsi peut être augmentée la fiabilité et robustesse de mise-en-œuvre du dispositif à ondes élastiques de surface protégé. Dans un mode de réalisation de l’invention, le lien entre ledit transducteur interdigital et le moyen de connexion pour antenne peut comprendre un câblage filaire. L’établissement d’un lien comprenant un câblage filaire, par exemple par méthode de ‘wirebonding’, peut assurer la communication entre le ou les transducteurs interdigitaux avec des moyens peu coûteux. Ainsi peuvent être utilisés des fils largement accessibles commercialement, dont les éléments conducteurs sont en matériaux tels que de l’aluminium, du cuivre, de l’argent, du platine ou de l’or. Les propriétés physiques, électriques et électromagnétiques de ces fils étant étudiées et prédéterminées, la communication entre transducteurs interdigitaux et moyen de connexion peut être dimensionnée et opérée avec haute précision. Dans un mode de réalisation de l’invention, le lien entre ledit transducteur interdigital et le moyen de connexion pour antenne peut comprendre au moins un via traversant le second substrat. La formation d’un ou de plusieurs vias formant des pont métalliques conducteurs d’électricité dans le second substrat peut permettre d’établir un lien de communication entre le ou les transducteurs interdigitaux à l’intérieur de la cavité du système d’encapsulation, et un moyen de connexion pour antenne agencé sur le second substrat. Ainsi, le lien de communication réside majoritairement à l’intérieur de la cavité du système, pouvant le protéger avantageusement de risques présentés par l’environnement externe, tels que hautes températures, pollution chimique ou chocs mécaniques. Par exemple peut être assemblé le via dans le second substrat avec un routage électrique, telle qu’une piste ou couche électriquement conductible, disposé sur le second substrat de manière à établir un lien électrique avec un moyen de connexion pour antenne. A l’intérieur de la cavité, la connexion électrique des vias avec le dispositif SAW peut se faire par exemple en utilisant une ou plusieurs perles de soudure ou bosses de soudure, également appelés bumps, placées dans la cavité entre le dispositif SAW et le second substrat établissant un lien électrique avec les vias dans le second substrat. Dans un mode de réalisation de l’invention, le lien entre ledit transducteur interdigital et le moyen de connexion pour antenne peut comprendre au moins un pad métallique formé sur ou dans le substrat de base et traversant le cordon de scellement. La formation d’un tel pad métallique traversant le cordon de scellement peut permettre la reprise de connexion et la communication avec un ou plusieurs transducteurs interdigitaux hermétiquement enfermés dans la cavité du système d’encapsulation suite au scellement des deux substrats, sans dégrader ou modifier les substrats eux-mêmes. De plus, grâce à un tel pad conducteur de connexion traversant le cordon de scellement, le lien avec un moyen de connexion pour antenne agencé extérieurement à la cavité sur un substrat de base ou un second substrat peut être opéré et ajusté postérieurement à la fermeture de la cavité hermétique, sans contraintes liées à l’espace restreint de la cavité ou au séquencement des étapes de production du système d’encapsulation. Le pad métallique peut ici correspondre à une piste métallique dans un même matériau que le ou les transducteurs interdigitaux, par exemple en aluminium, or, platine, ou cuivre ou encore un mélange de ces matériaux, en particulier en AlCu. Dans un mode de réalisation de l’invention, la face du substrat de base opposée au second substrat peut comprendre une couche métallique. Une telle métallisation de la surface arrière du substrat de base du dispositif SAW encapsulé vise à obtenir une meilleure conductivité thermique, notamment permettant d’optimiser le bon fonctionnement d’un dispositif SAW agencé en capteur de température. Dans un mode de réalisation de l’invention, le substrat de base peut être équipé d’au moins un via métallique, en particulier un via agencé de façon à être électriquement isolé du transducteur interdigital et de préférence dans un même matériau qu’une couche métallique sur la face du substrat de base opposée au second substrat. Dans un autre mode le au moins un via métallique traverse le substrat de base complètement de la face inférieure à la face supérieure du substrat de base et/ou ne traverse le substrat de base que partiellement, partant de la face inférieure mais n’aboutissant pas dans la face supérieure, notamment dans la partie du substrat de base en regard des électrodes. Ainsi, sans perturber les ondes se propageant proche de la surface supérieure du substrat de base, un pont thermique peut être réalisé. Dans ce mode de réalisation alternatif, un ou des vias métalliques ajoutés dans le substrat de base peuvent servir de ponts thermiques pour le dispositif SAW et similairement permettre d’optimiser le bon fonctionnement d’un dispositif SAW agencé en capteur de température. Les vias métalliques peuvent être de préférence dans un même matériau qu’une couche métallique de conductivité thermique agencée sur le substrat de base. Ainsi la conduction de chaleur vers le dispositif SAW peut encore plus être augmentée. Par ailleurs, les vias ajoutés dans le substrat de base peuvent être arrangés de façon à être électriquement isolés du ou des transducteurs interdigitaux. Ainsi peut être réduit le risque d’une mise en court-circuit des électrodes du ou des transducteurs du dispositif SAW. Dans un mode de réalisation de l’invention, le cordon de scellement peut être formé par soudure anodique ou fritte de verre. En formant le cordon de scellement par soudure anodique peut être obtenu un scellement des deux substrats très durable et hermétique. La soudure est particulièrement avantageuse car elle ne nécessite pas l’utilisation de matériaux de scellement additionnels, qui risquent d’être coûteux et d’interférer avec le bon fonctionnement du dispositif SAW. L’utilisation de fritte de verre pour le scellement des substrats et la formation de la cavité hermétique peut accorder un scellement durable et hermétique, qui en plus est compatible avec l’introduction de pads métalliques de conduction transversalement au cordon de scellement, sans endommager ni le cordon de scellement, ni le ou les pads eux-mêmes. Ainsi, une reprise de connexion avec le dispositif SAW enfermé dans la cavité du système peut être rendue possible. Dans ce mode de réalisation, la fritte de verre peut par ailleurs être choisie de manière à présenter un coefficient de dilatation correspondant à celui du matériau du substrat de base et/ou du second substrat. En choisissant un matériau de fritte de verre dont le coefficient de dilatation correspond à celui du matériau du substrat de base ou du second substrat, préférablement des deux, les tensions thermoélastiques induites par variations de températures peuvent être limitées, et même fortement réduites. Un tel choix de matériau peut donc permettre d’augmenter la durabilité mécanique du système d’encapsulation ainsi que la fiabilité d’opération d’un dispositif SAW. Dans un mode de réalisation de l’invention, le substrat de base peut comprendre un matériau piézoélectrique, en particulier un matériau choisi parmi le quartz (SiO2), le tantalate de lithium (LiTaO3), le niobate de lithium (LiNbO3), le nitrure d’aluminium (AlN), l’oxyde de zinc (ZnO), l’orthophosphate de gallium (GaPO4), le titanate de baryum (BaTiO3), le langasite (La3Ga5SiO14), le langanite (La3Ga5.5Nb0.5O14), le nitrure de gallium (GaN), le titano-zirconate de plomb (PZT) ou le langatate (La3Ga5.5Ta0.5O14). Ces matériaux présentent des fréquences de résonance particulièrement sensibles à des stimuli externes et peuvent donc être employés avantageusement dans des dispositifs SAW. Dans un mode de réalisation de l’invention présente, le second substrat peut comprendre un même matériau que le substrat de base. En assimilant le matériau du second substrat à celui du substrat de base peut être réduit le différentiel de dilatation thermique entre les deux substrats, ainsi augmentant avantageusement la durabilité et robustesse du scellement, et donc de l’herméticité du système d’encapsulation. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un système d’encapsulation d’un dispositif SAW, en particulier d’un système d’encapsulation tel que décrit ci-dessus. Le procédé est remarquable en ce qu’il comprend les étapes suivantes : La fourniture d’un substrat de base comprenant au moins un transducteur interdigital, Le scellement d’un second substrat sur le premier substrat de manière à former une cavité enveloppant le ou lesdits transducteurs interdigitaux, et L’agencement extérieur à la cavité d’un moyen de connexion pour antenne, en particulier un connecteur radiofréquence miniature coaxial, sur le substrat de base ou le second substrat. Comme indiqué ci-dessus, ce procédé peut permettre d’aboutir à un système d’encapsulation de dispositif SAW accordant une protection plus robuste, compacte et économique que connu auparavant des parties sensibles d’un tel dispositif. Selon une caractéristique avantageuse, le second substrat de l’étape ii) peut être fourni avec au moins un via et le procédé peut comprendre de plus une étape de connexion électrique du au moins un transducteur avec le moyen de connexion pour antenne en utilisant le au moins un via. Un tel via à travers le second substrat peut permettre d’établir le lien électrique entre le transducteur interdigital de l’étape i enveloppé dans la cavité, et le moyen de connexion pour antenne agencé selon l’étape iii sur le second substrat. Ainsi peut être obtenu un lien électrique parcourant principalement, ou au moins en partie, l’intérieur de la cavité formée par le scellement, ce qui peut protéger avantageusement ce lien de risques présentés par l’environnement externe. Par exemple peut être assemblé le via dans le second substrat avec un routage électrique disposé sur le second substrat et des perles de soudures disposées dans la cavité en interface avec le transducteur interdigital. Selon une autre caractéristique avantageuse, le substrat de base fourni dans l’étape i peut comprendre une couche métallique sur sa face opposée au second substrat et/ou au moins un via métallique. Cette ou ces caractéristiques peuvent permettre une meilleure conductivité thermique vers le dispositif SAW encapsulé et par cela une utilisation améliorée dudit dispositif SAW, par exemple comme capteur de température. En particulier, les vias compris dans le substrat de base peuvent être arrangés de façon à être électriquement isolés du ou des transducteurs interdigitaux. Ainsi peut être avantageusement réduit le risque d’une mise en court-circuit des électrodes du ou des transducteurs interdigitaux. Selon une autre caractéristique avantageuse complémentaire du procédé, l’étape ii peut comprendre la formation d’au moins un pad métallique traversant le scellement. La formation d’un tel pad métallique est avantageuse car elle peut permettre d’établir un lien de communication avec un ou plusieurs transducteurs interdigitaux hermétiquement enfermés dans la cavité du système d’encapsulation sans modifier ou dégrader un des deux substrats, postérieurement au scellement des deux substrats. Selon une dernière caractéristique avantageuse du procédé, l’étape iii peut comprendre une connexion par câblage filaire. Un câblage filaire peut assurer un lien de communication peu coûteux et fiable. Les objets, caractéristiques et avantages de l’invention telle qu’exposée ci-dessus seront plus exhaustivement compris et appréciés par l’étude de la description suivante plus détaillée de modes de réalisation préférés de l’invention, ainsi que des dessins annexés. La représente schématiquement une coupe à travers un système d’encapsulation selon un premier mode de réalisation de l’invention selon lequel le moyen de connexion pour antenne est agencé sur le substrat de base. La représente schématiquement une coupe à travers un système d’encapsulation selon un deuxième mode de réalisation de l’invention selon lequel le moyen de connexion pour antenne est agencé sur le second substrat. La représente schématiquement une coupe à travers un système d’encapsulation selon un troisième mode de réalisation de l’invention selon lequel le moyen de connexion pour antenne est aussi agencé sur le second substrat. La représente schématiquement une coupe à travers un système d’encapsulation selon un quatrième mode de réalisation de l’invention. La illustre schématiquement un exemple d’un procédé selon l’invention. Système d’encapsulation de dispositif à ondes élastiques de surface (dispositif SAW), comprenant ledit dispositif SAW (3) comprenant au moins un substrat de base (5) et un transducteur interdigital (7) formé sur ledit substrat de base (5) ; un cordon de scellement (9) qui scelle un second substrat (11) avec ledit substrat de base (5) de manière à former une cavité (13) enveloppant ledit transducteur interdigital (7); et un moyen de connexion pour connecter une antenne (15) lié à au moins un transducteur interdigital (7); caractérisé en ce que ledit moyen de connexion pour antenne (15), en particulier un connecteur radiofréquence miniature coaxial, est agencé extérieurement à la cavité (13) sur le substrat de base (5) ou sur le second substrat (11) Système d’encapsulation selon la revendication 1, dans lequel le lien (17) entre ledit transducteur interdigital (7) et le moyen de connexion pour antenne (15) comprend un câblage filaire (33). Système d’encapsulation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le lien (17) entre ledit transducteur interdigital (7) et le moyen de connexion pour antenne (15) comprend au moins un via traversant le second substrat (11). Système d’encapsulation selon une des revendications précédentes, dans lequel le lien (17) entre ledit transducteur interdigital (7) et le moyen de connexion pour antenne (15) comprend au moins un pad métallique (19) formé sur le substrat de base (5) et traversant le cordon de scellement (9). Système d’encapsulation selon une des revendications précédentes, comprenant une couche métallique (43) sur la face (5b) du substrat de base (5) opposée au second substrat (11). Système d’encapsulation selon une des revendications précédentes, dans lequel le substrat de base (5) comprend au moins un via (45a, 45b) métallique, en particulier un via (45a, 45b) dans un même matériau qu’une couche métallique (43) sur la face (5b) du substrat de base (5) opposée au second substrat (11) et agencé de façon à être électriquement isolé du transducteur interdigital (7). Système d’encapsulation selon une des revendications 1 à 6, dans lequel le cordon de scellement (9) est formé par soudure anodique ou par fritte de verre. Système d’encapsulation selon la revendication précédente, dans lequel ladite fritte de verre du cordon de scellement (9) est choisie de manière à présenter un coefficient de dilatation correspondant à celui du matériau du substrat de base (5) et/ou du second substrat (11). Système d’encapsulation selon une des revendications précédentes, dans lequel le second substrat (11) comprend un même matériau que le substrat de base (5). Procédé de fabrication d’un système d’encapsulation de dispositif SAW, le procédé comprenant les étapes suivantes : i. Fourniture d’un substrat de base comprenant au moins un transducteur interdigital; ii. Scellement d’un second substrat sur le premier substrat de manière à former une cavité enveloppant le ou lesdits transducteurs interdigitaux; iii. Agencement extérieur à la cavité d’un moyen de connexion pour antenne, en particulier un connecteur radiofréquence miniature coaxial, sur le substrat de base ou le second substrat. Procédé selon la revendication 10 pour la fabrication d’un système d’encapsulation selon l’une des revendication 1 à 9. Procédé de fabrication selon la revendication 10 ou 11, dans lequel le second substrat de l’étape ii) est fourni avec au moins un via et comprenant de plus une étape de connexion électrique du au moins un transducteur avec le moyen de connexion pour antenne en utilisant le au moins un via. Procédé de fabrication selon une des revendications 10 à 12, dans lequel le substrat de base fourni dans l’étape i) comprend une couche métallique sur la face opposée par rapport au deuxième substrat et/ou au moins un via métallique.