Brevet FR3136097A1 — publié le 20231201

TRANSDUCTEUR ÉLECTROACOUSTIQUE À FAIBLE BRUIT ET PROC É D É DE FABRICATION L’invention concerne un transducteur électroacoustique (1) comprenant : un bâti (10) ; un élément mobile (11) par rapport au bâti (10), l’élément mobile (11) comprenant une membrane (111) ; une cavité interne appelée volume arrière (12), soumise à une pression de référence et délimitée par l’élément mobile (11) et des parois (101, 102) appartenant au bâti (10) ; transducteur dans lequel au moins une des parois (101, 102) délimitant le volume arrière (12) comprend au moins une cavité étanche (103a, 103b) et dans lequel une pression inférieure à la pression de référence règne dans ladite au moins une cavité étanche (103a, 103b). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 3 TRANSDUCTEUR ÉLECTROACOUSTIQUE À FAIBLE BRUIT ET PROCÉDÉ DE FABRICATION DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des dispositifs de type microsystèmes électromécaniques (MEMS, pour « microelectromechanical systems » en anglais) ou nanosystèmes électromécaniques (NEMS, pour « nanoelectromechanical systems »). L’invention concerne plus particulièrement un transducteur électroacoustique comprenant un élément mobile et un volume arrière, le volume arrière étant délimité en partie par l’élément mobile et soumis à une pression de référence. Un tel transducteur électroacoustique peut être employé en tant que microphone ou haut-parleur. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Les microphones en microélectromécanique ou nanoélectromécanique représentent un marché en pleine expansion, notamment grâce au développement des appareils nomades, tels que les tablettes, téléphones portables intelligents (smartphones) et aux autres objets connectés, dans lesquels ils remplacent peu à peu les microphones à électret. Les microphones mesurent une variation rapide de la pression atmosphérique, aussi appelée pression acoustique. Ils comportent donc au moins une partie en contact avec l’extérieur. La plupart des microphones MEMS ou NEMS fabriqués actuellement sont des microphones à détection capacitive. La demande de brevet FR3059659 décrit un exemple de microphone à détection capacitive comprenant un élément mobile, des moyens de détection capacitive et un dispositif de transmission d’un mouvement entre l’élément mobile et les moyens de détection capacitive. L’élément mobile est capable de récolter la variation de pression. Il peut être formé par un piston rigide comprenant une membrane et une structure de rigidification de la membrane. La membrane forme une séparation entre une cavité ouverte sur l’environnement extérieur et un volume arrière du microphone, aussi appelé volume de référence car il y règne une pression de référence. Ainsi, une face de la membrane est soumise à la pression de référence et une face opposée de la membrane est soumise à la pression atmosphérique (dont on souhaite détecter la variation). Le volume arrière est généralement connecté à l’environnement extérieur par un étroit chemin acoustique. La pression de référence est alors égale à la pression atmosphérique filtrée de ses composantes dynamique (à hautes fréquences) qui n’ont pas le temps de s’équilibrer. La différence de pression entre les deux faces de la membrane ne correspond alors plus qu’à ces variations hautes fréquences (le son), la pression atmosphérique et ses variations lentes étant annulées. Ce microphone à détection capacitive, comme les autres transducteurs électroacoustiques munis d’une membrane et d’un volume arrière, souffre de bruit acoustique. Ce bruit acoustique s’ajoute au signal utile en sortie du microphone et détériore ses performances. Il existe donc un besoin de prévoir un transducteur électroacoustique dans lequel le bruit acoustique est réduit. Selon un premier aspect de l’invention, on tend à satisfaire ce besoin en prévoyant un transducteur électroacoustique comprenant : un bâti ; un élément mobile par rapport au bâti, l’élément mobile comprenant une membrane ; une cavité interne appelée volume arrière, soumise à une pression de référence et délimitée par l’élément mobile et des parois appartenant au bâti. Ce transducteur électroacoustique est remarquable en ce qu’au moins une des parois délimitant le volume arrière comprend au moins une cavité étanche et en ce qu’une pression inférieure à la pression de référence règne dans ladite au moins une cavité étanche. La cavité étanche réduit les échanges thermiques entre le volume arrière et ses frontières, ce qui a pour effet de réduire le bruit acoustique associé (à volume arrière constant). Cela permet alternativement de réduire le volume arrière, et donc l’encombrement du microphone, à performances équivalentes. Avantageusement, le bâti comprend une première paroi située dans le prolongement de la membrane et une deuxième paroi disposée en regard de la membrane, au moins l’une des première et deuxième parois comprenant au moins une cavité étanche. Dans un mode de réalisation préférentiel, le bâti comprend un support, une première portion d’une première couche structurelle disposée sur le support et un capot disposé sur la première portion de la première couche structurelle. Selon un premier développement de ce mode de réalisation préférentiel, ladite au moins une cavité étanche de la première paroi est séparée du volume arrière par la première portion de la première couche structurelle, la première couche structurelle présentant une épaisseur inférieure à 2 µm. Selon un deuxième développement, la membrane est formée par une deuxième portion de la première couche structurelle. Selon un troisième développement, ladite au moins une cavité étanche de la deuxième paroi est située dans le capot et séparée du volume arrière par une troisième couche structurelle d’épaisseur inférieure à 2 µm. Outre les caractéristiques qui viennent d’être évoquées dans les paragraphes précédents, le transducteur électroacoustique selon l’invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la pression dans ladite au moins une cavité étanche est inférieure ou égale à 1000 Pa (10 mbar), de préférence inférieure ou égale à 100 Pa (1 mbar) ; au moins une des parois délimitant le volume arrière comprend une unique cavité étanche, l’unique cavité étanche comprenant des piliers de largeur comprise entre 500 nm et 50 µm ; au moins une des parois délimitant le volume arrière comprend plusieurs cavités étanches séparées entre elles par des cloisons de largeur comprise entre 500 nm et 50 µm ; l’élément mobile comprend en outre une structure de rigidification de la membrane ; le transducteur comprend en outre un premier bras de transmission, l’élément mobile étant couplé à une extrémité du premier bras de transmission ; le transducteur comprend en outre un dispositif de transmission d’un mouvement et d’une force entre une première zone et une deuxième zone à atmosphère contrôlée, les première et deuxième zones étant isolées l’une de l’autre de manière étanche, le dispositif de transmission comprenant, outre le premier bras de transmission qui s’étend dans la première zone, un deuxième bras de transmission s’étendant dans la deuxième zone. Un deuxième aspect de l’invention concerne un procédé de fabrication d’un transducteur électroacoustique comprenant : un bâti ; un élément mobile par rapport au bâti, l’élément mobile comprenant une membrane ; une cavité interne appelée volume arrière, soumise à une pression de référence et délimitée par l’élément mobile et des parois appartenant au bâti ; le procédé comprenant les étapes suivantes : fournir un empilement comprenant successivement un substrat, une première couche sacrificielle et une première couche structurelle ; graver la première couche structurelle jusqu’à la première couche sacrificielle de façon à délimiter la membrane de l’élément mobile ; reporter un capot sur la première couche structurelle, formant ainsi le volume arrière ; graver le substrat pour accéder à la première couche sacrificielle ; graver la première couche sacrificielle de façon à libérer la membrane ; au moins une cavité étanche étant formée dans une portion de la première couche sacrificielle et/ou dans le capot, de façon à être situées dans au moins une des parois délimitant le volume arrière, une pression inférieure à la pression de référence régnant dans ladite au moins une cavité étanche. Le substrat peut être gravé de façon à délimiter un bras de transmission, l’élément mobile étant couplé à une extrémité du bras de transmission, la première couche sacrificielle servant de couche d’arrêt à la gravure du substrat. De préférence, le procédé comprend en outre, après l’étape de fourniture de l’empilement et avant l’étape de report du capot, les étapes suivantes : former une deuxième couche sacrificielle sur la première couche structurelle ; former une deuxième couche structurelle sur la première couche structurelle et sur la deuxième couche sacrificielle ; graver la deuxième couche structurelle de façon à exposer la deuxième couche sacrificielle et à délimiter une structure de rigidification de la membrane ; graver la deuxième couche sacrificielle de façon à exposer la membrane. Avantageusement, la première couche structurelle et la deuxième couche structurelle sont gravées simultanément de façon à délimiter la membrane et la structure de rigidification de l’élément mobile. Dans un mode de mise en œuvre préférentiel du procédé, l’étape de fourniture de l’empilement comprend les sous-étapes suivantes : graver des première et deuxième cavités disjointes dans le substrat ; former la première couche sacrificielle sur le substrat, la première couche sacrificielle comprenant une première portion disposée dans la première cavité et une deuxième portion disposée dans la deuxième cavité ; graver au moins une troisième cavité dans la première portion de la première couche sacrificielle ; reporter la première couche structurelle sur les première et deuxième portions de la première couche sacrificielle, de manière à rendre étanches ladite au moins une troisième cavité. Le procédé de fabrication peut également comprendre en outre une étape de fourniture du capot comprenant les sous-étapes suivantes : graver au moins une quatrième cavité dans un substrat additionnel ; reporter une troisième couche structurelle sur le substrat additionnel, de manière à rendre étanches ladite au moins une quatrième cavité. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : représente en vue de coupe un transducteur électroacoustique selon un premier mode de réalisation de l’invention ; représente en vue de coupe un transducteur électroacoustique selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; représente en vue de coupe un transducteur électroacoustique selon un troisième mode de réalisation de l’invention ; à représentent en vue de coupe des étapes d’un procédé de fabrication du transducteur électroacoustique selon la ; à représentent en vue de coupe des étapes d’un procédé de fabrication d’un capot employé dans le transducteur électroacoustique de la ou 3. Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures. Transducteur électroacoustique (1) comprenant : un bâti (10) ; un élément mobile (11) par rapport au bâti (10), l’élément mobile (11) comprenant une membrane (111) ; une cavité interne appelée volume arrière (12), soumise à une pression de référence et délimitée par l’élément mobile (11) et des parois (101, 102) appartenant au bâti (10) ; caractérisé en ce qu’au moins une des parois (101, 102) délimitant le volume arrière (12) comprend au moins une cavité étanche (103a, 103b) et en ce qu’une pression inférieure à la pression de référence règne dans ladite au moins une cavité étanche (103a, 103b). Transducteur électroacoustique (1) selon la revendication 1, dans lequel la pression dans ladite au moins une cavité étanche (103a, 103b) est inférieure ou égale à 1000 Pa, de préférence inférieure ou égale à 100 Pa. Transducteur électroacoustique (1) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel le bâti (10) comprend une première paroi (101) située dans le prolongement de la membrane (111) et une deuxième paroi (102) disposée en regard de la membrane (111), au moins l’une des première et deuxième parois (101, 102) comprenant au moins une cavité étanche (103a, 103b). Transducteur électroacoustique (1) selon la revendication 3, dans lequel le bâti (10) comprend un support (21), une première portion (23a) d’une première couche structurelle (23) disposée sur le support (21) et un capot (30) disposé sur la première portion (23a) de la première couche structurelle (23). Transducteur électroacoustique (1) selon la revendication 4, dans lequel ladite au moins une cavité étanche (103a) de la première paroi (101) est séparée du volume arrière (12) par la première portion (23a) de la première couche structurelle (23), la première couche structurelle (23) présentant une épaisseur inférieure à 2 µm. Transducteur électroacoustique (1) selon l’une des revendications 4 et 5, dans lequel la membrane (111) est formée par une deuxième portion (23b) de la première couche structurelle (23). Transducteur électroacoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel ladite au moins une cavité étanche (103b) de la deuxième paroi (102) est située dans le capot (30) et séparée du volume arrière (12) par une troisième couche structurelle (32) d’épaisseur inférieure à 2 µm. Transducteur électroacoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins une des parois (101, 102) délimitant le volume arrière (12) comprend une unique cavité étanche (103a, 103b), l’unique cavité étanche (103a, 103b) comprenant des piliers (104a, 104b) de largeur comprise entre 500 nm et 50 µm. Transducteur électroacoustique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel au moins une des parois (101, 102) délimitant le volume arrière comprend plusieurs cavités étanches (103a, 103b) séparées entre elles par des cloisons de largeur comprise entre 500 nm et 50 µm. Procédé de fabrication d’un transducteur électroacoustique (1) comprenant : un bâti (10) ; un élément mobile (11) par rapport au bâti (10), l’élément mobile (11) comprenant une membrane (111) ; une cavité interne appelée volume arrière (12), soumise à une pression de référence et délimitée par l’élément mobile (11) et des parois (101, 102) appartenant au bâti (10) ; procédé comprenant les étapes suivantes : fournir un empilement (20) comprenant successivement un substrat (21), une première couche sacrificielle (22) et une première couche structurelle (23) ; graver la première couche structurelle (23) jusqu’à la première couche sacrificielle (22) de façon à délimiter la membrane (111) de l’élément mobile (11) ; reporter (S10) un capot (30) sur la première couche structurelle (23), formant ainsi le volume arrière (12) ; graver (S11) le substrat (21) pour accéder à la première couche sacrificielle (22) ; graver (S12) la première couche sacrificielle (22) de façon à libérer la membrane (111) ; procédé dans lequel au moins une cavité étanche (103a, 103b) est formée dans une portion (22a) de la première couche sacrificielle (22) et/ou dans le capot (30), de façon à être située dans au moins une des parois (101, 102) délimitant le volume arrière (12), une pression inférieure à la pression de référence régnant dans ladite au moins une cavité étanche (103a, 103b). Procédé selon la revendication 10, dans lequel le substrat (21) est gravé de façon à délimiter un bras de transmission (14), l’élément mobile (11) étant couplé à une extrémité du bras de transmission (14), la première couche sacrificielle (22) servant de couche d’arrêt à la gravure du substrat (21). Procédé selon l’une des revendications 10 et 11, comprenant en outre, après l’étape de fourniture de l’empilement (20) et avant l’étape (S10) de report du capot (30), les étapes suivantes : former (S6) une deuxième couche sacrificielle (24) sur la première couche structurelle (23) ; former (S7) une deuxième couche structurelle (25) sur la première couche structurelle (23) et sur la deuxième couche sacrificielle (24) ; graver (S8) la deuxième couche structurelle (25) de façon à exposer la deuxième couche sacrificielle (24) et à délimiter une structure de rigidification (112) de la membrane (111) ; graver (S9) la deuxième couche sacrificielle (24) de façon à exposer la membrane (111). Procédé selon la revendication 12, dans lequel la première couche structurelle (23) et la deuxième couche structurelle (25) sont gravées simultanément de façon à délimiter la membrane (111) et la structure de rigidification (112) de l’élément mobile (11). Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel l’étape de fourniture de l’empilement (20) comprend les sous-étapes suivantes : graver (S1) des première et deuxième cavités (210a, 210b) disjointes dans le substrat (21) ; former (S2) la première couche sacrificielle (22) sur le substrat (21), la première couche sacrificielle (22) comprenant une première portion (22a) disposée dans la première cavité (210a) et une deuxième portion (22b) disposée dans la deuxième cavité (210b) ; graver (S3) au moins une troisième cavité (103a) dans la première portion (22a) de la première couche sacrificielle (22) ; reporter (S4, S5) la première couche structurelle (23) sur les première et deuxième portions (22a-22b) de la première couche sacrificielle (22), de manière à rendre étanches ladite au moins une troisième cavité (103a). Procédé selon l’une quelconque des revendications 11 à 14, comprenant en outre une étape de fourniture du capot (30) comprenant les sous-étapes suivantes : graver (S21) au moins une quatrième cavité (103b) dans un substrat additionnel (31) ; reporter (S22, S23) une troisième couche structurelle (32) sur le substrat additionnel (31), de manière à rendre étanches ladite au moins une quatrième cavité (103b).