FR2792411A1

FR2792411A1 - Capteur de deformation a semiconducteurs

Info

Publication number: FR2792411A1
Application number: FR0004623A
Authority: FR
Inventors: Seiichiro Ishio; Yasutoshi Suzuki; Inao Toyoda
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-04-14
Filing date: 2000-04-11
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2020-04-11
Also published as: FR2792411B1; DE10018404A1; JP2000356561A; US6521966B1

Abstract

Ce capteur comprend un élément de détection (10) déformé en réponse à l'application d'une force extérieure et délivrant un signal électrique, un cadre de montage (20) possédant une surface (20a) pour le montage de l'élément de détection et une autre surface (20b) et servant à transmettre le signal électrique à l'extérieur, et un élément formant boîtier (30) supportant le cadre de montage et comportant une partie formant évidement (31) située sur l'autre surface du cadre et qui est formée de manière qu'au moins une zone particulière correspondant à la zone de montage de l'élément de détection, dans l'autre surface du cadre de montage n'est pas en contact avec l'élément formant boîtier, dans la partie formant évidement.Application notamment à des capteurs de pression élevée.

Description

CAPTEUR DE DEFORMATION A SEMICONDUCTEURS

La présente invention concerne des capteurs de déformation à semiconducteurs et en particulier un capteur de déformation à semiconducteurs, dans lequel un élément de détection (plaquette de capteur) est monté sur un cadre de montage fixé à un élément formant boîtier en résine, et peut être appliqué à un capteur de haute pression comme par exemple un capteur de la pression d'admission ou un capteur

de la pression d'huile de frein pour un véhicule.

Habituellement, ce type de capteurs de déforma-

tion à semiconducteurs a été proposé de façon classique,

par exemple dans JP A 9-61271 ou JP A 5-172674. Conformé-

ment à ces capteurs de déformation à semiconducteurs, un cadre de montage est formé par moulage d'un élément formant boîtier en résine de telle sorte que la surface avant et la surface arrière du cadre de montage sont recouvertes par

l'élément formant boîtier, un élément de détection (pla-

quette de capteur), qui est formé de silicium et peut convertir une déformation alors qu'une contrainte externe (pression ou accélération) est appliquée, en un signal électrique, est monté sur le cadre de détection moyennant

l'utilisation d'une résine adhésive.

Dans le cas de la détection d'une pression par exemple, lorsque la pression (par exemple la pression d'admission d'un moteur à combustion ou la pression d'huile de frein pour un véhicule) est appliquée à l'élément de détection à partir d'un milieu cible devant être mesuré, l'élément de détection se déforme de sorte qu'un signal électrique proportionnel à la déformation (désigné ci-après sous l'expression "signal de déformation") est délivré par l'élément de détection. Le signal de déformation délivré par l'élément de détection est délivré à l'extérieur du

cadre de montage, par l'intermédiaire d'un fil de liaison.

Dans la structure classique, les coefficients de dilatation thermique de l'élément de détection du cadre de

montage et du boîtier sont réglés sur des valeurs sem-

blables entre elles, afin de réduire la contrainte ther- mique devant être appliquée à l'élément de détection pour

fixer une caractéristique du détecteur. Cependant, confor-

mément à d'autres considérations, il s'avère que même dans

une telle structure il apparaît ce qu'on appelle une hysté-

résis thermique, selon laquelle la caractéristique du cap-

teur varie à partir d'une caractéristique initiale sous l'effet d'un cycle de refroidissement-chauffage qui produit de façon répétée de basses températures et des températures élevées. La figure 7, annexée à la présente demande, est un diagramme représentant l'hystérésis thermique. Sur cette figure, un axe horizontal (représenté par une ligne formée de tirets) indique le temps, un axe vertical à gauche

indique le signal de sortie du capteur (signal de déforma-

tion) (représenté par une ligne en trait plein) et un axe

vertical situé à droite indique les températures du dispo-

sitif. L'hystérésis thermique est une différence entre les premiers signaux de sortie du capteur à la température

ambiante (par exemple 25 C) et les derniers signaux de sor-

tie du capteur à la température ambiante après l'exécution

d'un traitement à haute température (par exemple à 120 C).

En d'autres termes l'hystérésis thermique est un phénomène,

selon lequel les signaux de sortie des capteurs à la tempé-

rature ambiante varient dans le temps, après avoir subi le

traitement à haute température.

Compte tenu de ces considérations, ce phénomène apparaît pour la raison suivante. Une contrainte initiale, alors que le cadre de montage est en cours de moulage avec un élément formant boîtier, ou une différence entre les

coefficients de dilatation thermique des différents élé-

ments apparaît sous la forme d'une déformation en tant que résultat du processus thermique. La résine qui constitue l'élément formant boîtier est le siège d'un fluage. Après avoir subi le traitement thermique, une contrainte (dési- gnée ci-après sous l'expression "contrainte de fluage") due à la déformation par fluage de l'élément formant boîtier, est appliquée à l'élément de détection, contrairement à une

condition initiale présente avant le traitement thermique.

C'est pourquoi une caractéristique de sortie (du signal de

déformation) de l'élément de détection varie et c'est pour-

quoi l'hystérésis thermique se produit.

En outre dans le cas o l'élément de détection et

le cadre de montage sont fixés entre eux par l'intermé-

diaire d'une résine adhésive, la contrainte de fluage de l'élément de boîtier est également appliquée à l'adhésif,

et un fluage se produit également dans la résine consti-

tuant l'adhésif. La contrainte de fluage provoquée par

l'adhésif affecte également l'élément de détection.

Le problème, qui consiste en ce qu'une caracté-

ristique du capteur varie sous l'effet d'une contrainte de

fluage, qui se produit dans une résine constituant le boî-

tier, est un problème usuel pour des capteurs de déforma-

tion à semiconducteurs, dans lesquels un élément de détec-

tion servant à détecter un signal de déformation est monté

dans un élément formant boîtier en résine.

La présente invention a été conçue pour tenir compte de l'arrière-plan technologique que l'on vient de décrire, et le but de l'invention est d'empêcher qu'une contrainte de fluage d'un élément formant boîtier n'affecte

un élément de détection.

Un second but est de fournir un capteur de défor-

mation à semiconducteurs, dans lequel l'élément de détec-

tion servant à détecter un signal de déformation est monté dans un élément formant boîtier en résine, et qui permette d'empêcher que la contrainte de fluage de l'élément formant

boîtier n'affecte l'élément de détection.

Conformément à la présente invention, il est

prévu un capteur de déformation à semiconducteurs, caracté-

risé en ce qu'il comporte: un élément de détection destiné à se déformer en

réponse à l'application d'une force extérieure à cet élé-

ment et à délivrer un signal électrique en réponse à une déformation; un cadre de montage possédant une surface pour le montage de l'élément de détection, et une autre surface, et permettant la transmission du signal électrique à l'extérieur; un élément formant boîtier servant supporter le cadre de montage et comportant une partie formant évidement située sur un côté de l'autre surface du cadre de montage, la partie formant évidement étant agencée de telle sorte

qu'au moins une partie d'une zone particulière, qui corres-

pond à une zone de montage dans laquelle l'élément de détection est monté et qui est située dans l'autre surface du cadre de montage, n'est pas en contact avec l'élément

formant boîtier, au niveau de la partie formant évidement.

En raison de l'existence de la partie formant

évidement, même si le fluage apparaît dans l'élément for-

mant boîtier, cet élément formant boîtier empêche qu'une contrainte due au fluage soit transférée à l'élément de détection. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément de détection est formé d'un semiconducteur et

l'élément formant boîtier est formé d'une résine.

Selon une autre caractéristique de l'invention, la partie formant évidement de la partie formant boîtier

est formée de telle sorte que la totalité d'une zone parti-

culière de l'autre surface du cadre de montage n'est pas en

contact avec l'élément formant boîtier au niveau de la par-

tie formant évidement.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément de détection est relié au cadre de montage par une résine adhésive possédant un module d'Young égal ou inférieur à 10 MPa. Selon une autre caractéristique de l'invention, le coefficient de dilatation thermique du cadre de montage est supérieur à celui de l'élément de détection, et le coefficient de dilatation thermique de l'élément formant

boîtier est supérieur à celui du cadre de montage.

Selon une autre caractéristique de l'invention, le cadre de montage est formé d'un alliage 42 % Ni - Fe et que l'élément formant boîtier est formé d'une résine basée

sur un époxy.

L'invention concerne en outre un capteur de

déformation à semiconducteurs, caractérisé en ce qu'il com-

prend: un élément formant boîtier formé d'une résine; un organe de montage pour un élément, qui est monté sur l'élément formant boîtier; et un élément de détection destiné à se déformer en réponse à une force extérieure qui lui est appliquée, et servant à délivrer un signal électrique en réponse à cette déformation, et qui est logé dans l'élément formant boîtier au moyen de l'organe de montage, l'organe de montage possédant un coefficient de dilatation thermique plus proche de celui de l'élément de détection que de celui de la résine constituant l'élément

formant boîtier.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément formant boîtier possède une partie amincie, qui possède une épaisseur plus faible que dans le reste de cet élément, dans une zone particulière correspondant à une zone de montage dans laquelle l'élément de détection est

monté.

Selon une autre caractéristique de l'invention, un élément de sortie de signal servant à délivrer le signal électrique de l'élément de détection à l'extérieur est formé d'un seul tenant dans l'élément formant boîtier, et l'organe de montage est formé du même matériau

que l'élément pour la délivrance de signal.

Selon une autre caractéristique de l'invention, l'élément de délivrance de signal est prévu sur une surface intérieure de l'élément formant boîtier et est raccordé à l'élément de détection au moyen d'une liaison par fil, l'élément formant boîtier possède une partie en

renfoncement qui est en renfoncement par rapport à la sur-

face intérieure, dans une partie entourant l'élément de délivrance de signal, et la partie en renfoncement possède une surface inférieure, et l'organe de montage est prévu sur la surface

inférieure de la partie en renfoncement.

Selon l'une des caractéristiques de la présente invention, un élément de détection est logé dans un élément formant boîtier en résine moyennant l'interposition d'un organe de montage de l'élément de détection, qui possède un coefficient de dilatation thermique plus proche de celui de l'élément de détection que celui de la résine constituant l'élément formant boîtier. En raison de l'existence de l'organe de montage possédant une telle caractéristique, une contrainte thermique ne peut pas être susceptible d'apparaître en raison d'une différence des coefficients de

dilatation thermique d'éléments de détection et de l'élé-

ment formant boîtier ne peut pas se produire et par consé-

quent ceci empêche l'apparition d'un fluage dans l'élément formant boîtier. Il en résulte qu'une contrainte dans l'élément formant boîtier ne peut pas affecter l'élément de détection.

D'autres caractéristiques et avantages de la pré-

sente invention ressortiront de la description donnée ci-

après prise en référence aux dessins annexés, sur les-

quels: - la figure 1 est une vue en plan d'un capteur de déformation à semiconducteurs selon une première forme de réalisation de la présente invention;

- la figure 2 représente une vue en coupe du cap-

teur de déformation à semiconducteurs prise suivant la ligne II-II sur la figure 1; - la figure 3 est un schéma représentant un exemple d'une forme détaillée d'un cadre de montage; - la figure 4 est une vue en plan représentant un

corps de structure formé par l'assemblage d'un élément for-

mant boîtier et du cadre de montage;

- les figures 5A-5D sont des vues en coupe repré-

sentant respectivement une partie formant évidement selon la présente invention; - la figure 6 est une vue en coupe schématique d'un capteur de déformation à semiconducteurs selon une seconde forme de réalisation de la présente invention; - la figure 7, dont il a déjà été fait mention, est un diagramme représentant une hystérésis thermique de signaux de sortie du capteur; et - la figure 8 est une vue en coupe schématique d'un capteur de déformation à semiconducteurs selon une

troisième forme de réalisation selon la présente invention.

On va décrire la présente invention.

La figure 1 est une vue en plan représentant l'ensemble de la structure d'un capteur de déformation à semiconducteurs 100 correspondant à une première forme de

réalisation, et la figure 2 est une vue en coupe prise sui-

vant la ligne II-II sur la figure 1. Ce capteur de déforma-

tion à semiconducteurs 100 est applicable par exemple en tant que capteur de pression d'admission, destiné à être

placé dans une tubulure d'admission d'un moteur à combus-

tion interne d'un véhicule, de manière à détecter une pres-

sion d'admission dans cette conduite. Dans ce cas, le cap-

teur de la pression d'admission est disposé par exemple en étant logé dans un boîtier qui peut être raccordé à une

canalisation de la tubulure d'admission.

Une plaquette de capteur (élément de détection) est formée par un substrat en silicium 11, dans lequel une cavité est formée et par un substrat en silicium 12,

qui est fixé au substrat en silicium 11 moyennant l'inter-

position d'un film d'oxyde de silicium entre ces substrats.

Une chambre de référence de pression 13 est formée dans cette plaque, en utilisant la cavité en tant que source

interne. La chambre de référence de pression 13 est mainte-

nue à une pression constante inférieure à 1 kPa par exemple par raccordement des substrats en silicium 11 et 12 à une

chambre à pression réduite.

Dans la plaquette de capteur 10 un diaphragme 14 est formé dans le substrat en silicium 11 à un endroit qui correspond à la chambre à pression de référence 13, et des résistances formant jauges sont formées sur le diaphragme 14 de manière à réaliser un circuit en pont. Lorsqu'une contrainte externe telle que la pression d'admission agit sur le diaphragme 14, le diaphragme est déformé et gondolé,

et la déformation ou le gondolement du diaphragme est déli-

vré sous la forme d'un signal électrique par l'intermé-

diaire du circuit en pont.

Un cadre de montage 20 est formé par emboutissage d'une plaque formée par exemple de l'alliage 42 (alliage

42 % Ni - Fe). Le cadre de montage 20 est pourvu d'une par-

tie 21 de montage pour un élément, partie qui doit être exposée par l'intermédiaire d'une partie en renfoncement formée dans l'élément formant boîtier 30 formé par moulage d'une résine à base d'époxy ou analogue, une partie formant conducteur 22 et une partie formant borne 23, qui est connectée électriquement à la partie formant conducteur 22 et est raccordée à une partie environnante de l'élément formant boîtier 30. Le cadre de montage 30 est formé d'un

seul tenant avec l'élément formant boîtier 30 et est sup-

porté par cet élément formant boîtier 30, en raison du mou-

lage d'une surface 20a (surface supérieure sur la figure 2) et d'une surface 20b (surface opposée à la surface 20a) avec l'élément formant boîtier 30. La partie 21 pour le montage d'un élément est réalisée sous la forme d'une plaque possédant une surface utilisée pour le montage de la plaquette 10 du capteur. La plaquette 10 du capteur est montée sur une surface qui correspond à une surface 20a de la partie de montage 21, au moyen d'un adhésif 40. Pour l'adhésif 40, on choisit une résine adhésive (par exemple un adhésif à base de silicone) possédant un module d'Young égal ou inférieur à 10 MPa, de sorte qu'un fluage dû au traitement thermique ne peut pas se produire dans l'adhésif 40.

Le cadre de montage 22 est connecté électrique-

ment au circuit en pont de la plaquette de capteur 10 par l'intermédiaire d'un fil 50. La partie terminale 23 est connectée électriquement à un circuit externe (par exemple l'unité ECU du véhicule) par l'intermédiaire d'un élément

en forme de fil adéquat. De cette manière, le signal élec-

trique provenant de la plaquette de capteur 10 peut être délivré à l'extérieur par l'intermédiaire du fil 50, de la partie formant conducteur 22 et de la partie formant borne 23. La figure 3 représente un exemple d'une structure

du cadre de montage 20 disposé autour de la partie de mon-

tage 21. Une ligne formée de tirets représentée sur cette figure définit le contour de la partie en renfoncement de l'élément formant boîtier 30 servant à exposer la partie de montage 21 et la partie formant conducteur 22. La partie de

montage 21 est raccordée à la partie qui est formée conti-

nûment avec le cadre de montage 22, par l'intermédiaire

d'une partie formant broche de suspension 24. Les diffé-

rentes parties 21-24 du cadre de montage 20 sont formées

d'un seul tenant entre elles.

Ici, dans cette forme de réalisation, une partie formant ouverture 31 (partie formant évidement) est formée dans l'élément formant boîtier 30, de sorte qu'une surface complète d'une partie particulière d'une autre surface 20b du cadre de montage, qui correspond à une partie dans

laquelle la plaquette de capteur 10 est montée (autre sur-

face 20b située au-dessous de la plaquette de capteur 10 comme représenté sur la figure 2). Il en résulte que l'ensemble de la zone de la partie particulière de l'autre

surface 20b du cadre de montage 20, qui est disposée au-

dessous de la plaquette à capteur 10, n'établit aucun contact (est sans contact) avec l'élément formant boîtier 30. Comme cela est représenté sur la figure 2, la partie de montage 21 est supportée par l'élément formant boîtier 30 sur une partie périphérique de ce dernier, qui positionne la partie périphérique extérieure d'une zone de

montage, dans laquelle la plaquette de capteur 10 est mon-

tée. Ici, il ne se pose aucun problème lorsque l'ensemble de la zone de la partie particulière de l'autre surface 20b

du cadre de montage 20, qui est situé au-dessous de la pla-

quette de capteur 10, est exposée, étant donné que la par-

tie de montage 21 est supportée par l'élément formant boî-

tier 30 par l'intermédiaire de la partie formant broche de

suspension 24.

Le capteur de déformation à semiconducteurs 100 peut être fabriqué de la manière suivante. On fixe le cadre

de montage 20 dans une matrice possédant une forme corres-

pondant à l'élément formant boîtier 30. On forme une struc-

ture intégrée telle que représentée sur la figure 4 en

intégrant l'élément formant boitier 30 et le cadre de mon-

tage 20. On fixe la plaquette de capteur 10 sur la partie

de montage 21 de la structure en utilisant l'adhésif 40.

Enfin on connecte le fil ou analogue en utilisant une liai-

son formée d'un fil ou analogue.

Conformément à cette forme de réalisation, étant donné que l'autre surface 20b du cadre de montage 20 n'est pas en contact avec l'élément formant boîtier 30 dans la partie d'ouverture 31, même si un fluage se produit dans l'élément formant boîtier 30, la contrainte (contrainte de fluage) subie conformément à la déformation de fluage, ne

peut pas être transférée à la plaquette de capteur 10.

Par conséquent, ce système empêche également l'apparition, dans l'adhésif 40, d'un fluage dû à la contrainte de fluage dans l'élément formant boitier 30, et permet de réduire l'hystérésis thermique. Il en résulte

qu'on peut réaliser un capteur de déformation à semiconduc-

teurs qui permet de fournir un signal de sortie stable du

capteur (performance initiale) même si le capteur de défor-

mation à semiconducteurs est exposé au cycle de refroi-

dissement - chauffage.

Ici, voir figure 2, la partie d'ouverture (partie formant évidement) 31 est formée de telle sorte que l'ensemble de la surface de la partie particulière de l'autre surface 20b du cadre de montage, qui correspond à

la partie dans laquelle la plaquette de capteur 10 est mon-

tée, est exposée. Cependant, la partie formant évidement peut être modifiée comme cela est représenté sur les

figures 5A-5D.

Comme cela est représenté sur les figures 5A-5D,

l'espace intérieur 33 peut être formé dans l'élément for-

mant boîtier 30 de sorte que les parties d'une autre sur-

face 20b positionnées au-dessous de la plaquette de capteur ne sont pas en contact avec la partie formant boîtier 30. Comme cela est représenté sur la figure 5C, la partie formant évidement peut être formée par combinaison de la partie d'ouverture 32 et de l'espace interne 33. En outre, comme cela est représenté sur la figure 5D, un espace interne 34 peut être formé de telle sorte qu'une surface

complète de la surface 20b située au-dessous de la pla-

quette de capteur 10 n'est pas en contact avec la partie

formant boîtier 30.

Ces parties formant évidements 32-34 peuvent être également formées pendant le moulage de l'élément formant boitier 30 et permettent d'empêcher un transfert de la contrainte de fluage de l'élément formant boîtier 30 à la plaquette de capteur 10. Ici, lorsque l'ensemble de l'autre surface 20b située au-dessous de la plaquette de capteur 10 n'est pas en contact avec la partie formant boîtier 30 comme représenté sur les figures 2 et 5D, la contrainte du fluage ne peut pas être transférée ensuite à la plaquette de capteur 10, par rapport au cas o les parties de l'autre ;surface 20b situées au-dessus de la plaquette de capteur 10 ne sont pas en contact, étant donné que la surface totale

de contact avec la partie formant boîtier 30 est faible.

Conformément à cette forme de réalisation, étant donné que la résine adhésive, qui possède un module d'Young égal ou inférieur à 10 MPa, est utilisée pour la liaison de la plaquette à capteur 10 à la partie de montage 21 du cadre de montage 20, le fluage dû au traitement thermique

ne peut pas se produire dans l'adhésif 40.

Dans cette fotme de réalisation, la contrainte thermique appliquée à la plaquette à capteur 10 peut en

outre être réduite par réglage du coefficient de déforma-

tion thermique du cadre de montage 20 à une valeur supé-

rieure à celle de la plaquette de capteur 10, et par réglage du coefficient de dilatation thermique de l'élément formant boîtier 30 à une valeur supérieure à celle du cadre de montage 20. Par exemple lorsque la plaquette de capteur est formée par du silicium (coefficient de dilatation thermique: 2'x 10-6 - 3 x 10-6/ C), le cadre de montage 20

est formé par l'alliage 42 (coefficient de dilatation ther-

mique: 4 x 10-6 - 5 x 10-6/ C), l'élément formant boîtier est formé par la résine époxy (coefficient de dilatation

thermique: 12 x 10-4 - 14 x 10-4/ C). Ici, il est préfé-

rable de régler les différences entre des éléments adja-

cents 10, 20, 30 de manière qu'elles soient faibles (ceci dépend d'une spécification du capteur). Par exemple chacune des différences est réglée de préférence de manière à être inférieure à 1 x 10-5/ C et en outre de manière à être

inférieure à 1 x 10-6/ C.

On va décrire une seconde forme de réalisation.

La figure 6 représente une vue en coupe schéma-

tique d'un capteur de déformation à semiconducteurs 200

d'une seconde forme de réalisation. Le capteur de déforma-

tion à semiconducteurs 200 est applicable par exemple à un capteur à haute pression servant à détecter la pression de l'huile de frein d'un véhicule ou la pression d'injection

de carburant d'un moteur à combustion interne.

De façon détaillée, le capteur de déformation à semiconducteurs 200 est applicable à ce qu'on appelle un dispositif de détection de pression du type à diaphragme

d'étanchéité. Dans ce dispositif, un élément formant boî-

tier (non représenté) possédant un diaphragme d'étanchéité est assemblé à l'élément formant boîtier 30 au niveau du côté supérieur, et la plaquette de capteur 10 est fermée d'une manière étanche à l'air entre le diaphragme

d'étanchéité et l'élément formant boîtier 30.

La partie formant conducteur 22 du cadre de mon-

tage 20 s'étend depuis l'intérieur de l'élément formant

boîtier 30 à l'extérieur, en étant coudée. La partie for-

mant conducteur 22 est utilisée en tant que broche de connecteur pour établir une connexion électrique avec les

circuits externes ou analogues.

Un espace interne 53 (partie formant évidement) est formé dans l'élément formant boîtier 30 de telle sorte

que l'ensemble de la surface d'une partie d'une autre sur-

face 20b du cadre de montage, qui correspond à une partie dans laquelle la plaquette de capteur 10 est montée (autre surface 20b disposée au- dessous de la plaquette de capteur comme représenté sur la figure 6). Il en résulte que l'ensemble de la partie particulière de l'autre surface 20b du cadre de montage 20, qui est disposée au-dessous de la plaquette de capteur 10, n'est pas en contact avec

l'élément formant boîtier 30.

Ici, l'espace interne 35 peut s'étendre vers le

bas de manière à venir dans une position ouverte. Conformé-

ment à cette forme de réalisation, ce système permet d'empêcher le transfert d'une contrainte (contrainte de

fluage) subie par l'élément formant boîtier 30 à la pla-

quette formant capteur 10, comme dans la première forme de réalisation.

On va décrire une troisième forme de réalisation.

La figure 8 représente une vue en coupe schéma-

tique d'un capteur de déformation à semiconducteurs 300

correspondant à une troisième forme de réalisation. Le cap-

teur de déformation à semiconducteurs 300 est utilisable par exemple en tant que capteur de la pression d'admission ou analogue. Un boîtier de connecteur 60 en tant qu'élément formant boîtier est formé d'une résine telle que la résine PPS (PPS désignant le sulfure de polyphénylène) est formé

par moulage de cette résine PPS.

On assemble un carter de logement 70 réalisé par exemple en une résine ou analogue, sur le boîtier de connecteur 60. Le carter de logement 70 est monté dans une cible à mesurer (par exemple la canalisation d'admission du

moteur à combustion) et est équipé d'une bague torique ser-

vant à réaliser une étanchéité entre la cible à mesurer et un trou 72 de transfert de la pression, qui permet

d'introduire une pression (par exemple la pression d'admis-

sion) à partir de la cible à mesurer.

Dans cette forme de réalisation, le boîtier de connecteur 60 et le carter de logement 70 peuvent être assemblés et fixés l'un à l'autre par l'insertion d'une partie de liaison 73 sous la forme d'une partie saillante formée sur le carter de logement 70, dans une partie enrenfoncement 61 formée dans le boîtier de connecteur 60, et remplissage de la partie en renfoncement avec un adhésif 62. Ici, une partie formant évidement 81 servant à contenir une plaquette de capteur (élément de détection) 80 est formée par assemblage du boîtier de connecteur 60 et du carter de logement 70. La partie formant évidement 81 est placée en communication avec le trou d'introduction de pression 72 du carter de logement 70 pour introduire la

pression à mesurer par l'intermédiaire du trou d'introduc-

tion de pression 72. La partie formant évidement 81 est

fermée de façon étanche par l'adhésif 62.

Une partie d'un renfoncement 63 contenant la pla-

quette est formée à l'intérieur du boîtier de connecteur

, qui définit la partie formant évidement 81. Une pla-

quette de capteur 80 correspondant à cette forme de réali-

sation est logée dans la partie en renfoncement 63 conte-

nant la plaquette. La plaquette de capteur 80 utilise un effet piézorésistif et est équipée d'un diaphragme 80a (partie de détection) et d'une résistance formant jauge non

représentée (résistance de diffusion), chacun de ces élé-

ments étant formé sur le substrat en silicium. Lorsqu'une force externe est appliquée, le diaphragme 80a est déformé et un signal électrique est délivré sur la base de la

déformation du diaphragme 80a.

La plaquette de capteur 80 est supportée en étant fixée sur un siège en verre 82, qui possède un coefficient de dilatation thermique similaire à celui du substrat en silicium constituant la plaquette de capteur 80. Une plaque en tant qu'organe de montage est fixée sur une surface inférieure 64 de la partie en renfoncement 63 contenant la

*plaquette.

La plaque 90 est formée d'un matériau particulier (dans cette forme de réalisation l'alliage 42), dont le coefficient de dilatation thermique est plus proche de celui de la plaquette de capteur 80 (dans cette forme de réalisation du silicium) que de la résine (dans cette forme

de réalisation, du PPS) constituant le boitier de connec-

teur 60. Le siège en verre 82 est réuni à une plaque 90 par

l'intermédiaire d'un adhésif 91 tel qu'une résine adhésive.

De cette manière, la plaquette à capteur 80 est fixée et

supportée sur la surface inférieure 64 de la partie en ren-

foncement 63 contenant la plaquette, par l'intermédiaire du

siège en verre 82, de l'adhésif 91 et de la plaque 90.

Le boîtier de connecteur 60 a pour rôle de

connecter électriquement le capteur de déformation à semi-

conducteurs 300 aux éléments formant fils externes. Une borne 65 (élément de sortie du signal) en tant que borne de connexion est formée d'un seul tenant avec le boîtier de connecteur 60 en étant insérée dans ce dernier. Une partie d'extrémité 65a de la borne 65 doit être connectée à l'élément en forme de fil externe, et une autre partie d'extrémité 65b est connectée électriquement à la plaquette de capteur 80 par l'orifice 83 formé au moyen d'une liaison

à fil.

Ici, il est préférable de former la plaque 90 et

la borne 65 avec le même matériau (dans cette forme de réa-

lisation l'alliage 42). Par exemple la borne peut être for-

mée en tant que partie formant conducteur du cadre de mon-

tage et la plaque 90 peut être formée sous la forme d'une partie en forme d'ilot (partie de montage d'un élément) du cadre de montage. Lorsqu'à la fois la plaque 90 et la

plaque 65 sont formées du même matériau, ces parties peu-

vent être formées simultanément, si le même cadre de mon-

tage est formé par insertion lorsque la plaque 90 et la

borne 65 sont formées dans le boîtier de connecteur 60.

En outre il est préférable du point de vue d'une simplification du processus et d'une simplification de la structure, que la plaque 90 et la borne 65 soient formées

des mêmes matériaux. Ici la plaque 90 et la borne 65 peu-

vent être formées par des matériaux différents. Dans ce cas, la plaque 90 peut être formée par insertion du boîtier de connecteur 60 ou peut être formée en étant reliée à la surface inférieure 64 de la partie en renfoncement 63 contenant la plaquette, après formation du boîtier de

connecteur 60.

Dans cette forme de réalisation, la partie en renfoncement 63 contenant la plaquette est en renfoncement

par rapport à une surface intérieure du boîtier de connec-

teur 60, dans laquelle est aménagée une autre partie d'extrémité 65b de la borne 65. C'est pourquoi la plaque 90, qui est fixée à la face inférieure 64 de cette partie en renfoncement 63 contenant la plaquette, est disposée de telle sorte que sa hauteur est différente de celle d'une autre partie d'extrémité (partie de liaison à fil) 65b de la borne 65. Etant donné que les hauteurs sont différentes les unes des autres, comme représenté sur la figure 8, on peut positionner la plaquette de capteur 80 à proximité de l'autre partie d'extrémité 65b de la borne 65, ce qui

permet de faciliter la fixation par fil.

La partie en Renfoncement 63 contenant la pla-

quette, la plaquette de capteur 80 et la partie de liaison à fil sont scellées en étant enrobées par un gel protecteur 84 tel qu'un gel de silicone ou un gel à base de fluor. Il

en résulte que la plaquette de capteur 80 et le fil 83 peu-

vent être protégés, isolés électriquement et protégés contre une altération. Le gel de protection 84 peut être formé par exemple par peinturage sous une forme déterminée et on peut appliquer un traitement thermique à ce gel pour

le durcir. -

Dans le boîtier conducteur 60, comme représenté sur la figure 8, une partie amincie 66, qui possède une

épaisseur plus faible, est formée dans une partie corres-

pondant à la partie o la plaquette de capteur 80 est mon-

tée, c'est-à-dire la partie correspondant à la partie en renfoncement 63 contenant la plaquette. Il en résulte que la contrainte de fluage, qui est apparue dans la partie amincie 66, devient faible par rapport à la partie plus

épaisse, qui entoure la partie amincie 66.

Conformément au capteur de déformation à semicon-

ducteurs 300, la pression à mesurer à partir de la cible est introduite dans la partie formant évidement 81 par l'intermédiaire du trou d'introduction de pression 72. La pression introduite est transférée au diagramme 81a de la plaquette de capteur 80 par l'intermédiaire du gel 84 de sorte que le signal de sortie (variation de la résistance) est produit. Le signal de sortie est envoyé à la borne 65 au moyen du fil 83. Ensuite le signal de sortie est envoyé à l'extérieur à partir de la borne 65 en tant que signal de pression et est introduit dans le circuit extérieur, qui

calcule la pression sur la base du signal de pression.

Comme cela a été décrit précédemment, conformé-

ment à cette forme de réalisation, le capteur de déforma-

tion à semiconducteurs 300 est formé de telle sorte que la plaquette du capteur (l'élément de détection) 80 servant à

délivrer un signal électrique proportionnel à la déforma-

tion est logée dans le boîtier de connecteur (l'élément

formant boîtier) 60 formé d'une résine. En outre une pla-

quette de capteur 60 est montée sur le boîtier de connec-

teur 60 par l'intermédiaire de la plaque (organe de mon-

tage) 90, qui possède un coefficient de dilatation ther-

mique plus proche de celui de la plaquette de capteur 80

que de la résine consistant le boîtier de connecteur 60.

Etant donné que la plaque 90 possédant le coeffi-

cient de dilatation thermique indiqué précédemment est insérée entre la plaquette de capteur 80 et le boîtier de connecteur 60, la contrainte thermique due à une différence

entre les coefficients de dilatation thermique de la pla-

quette de capteur 80 du boîtier de connecteur 60 ne peut pas apparaître. Ceci permet d'empêcher l'apparition d'un fluage dans le boîtier de connecteur 60. C'est pourquoi il est possible d'empêcher que la contrainte de fluage dans le boîtier de connecteur 60 n'affecte la plaquette de capteur 80.

Ici le module d'Young et le coefficient de dila-

tation thermique de la plaquette de capteur, du siège en verre 82, de l'adhésif 91, de la plaque 90 et du boîtier de connecteur 60 sont les suivants. La plaquette de capteur est formée de silicium possédant un module d'Young égal à kgf/mm2 dans une direction <110> et égale à 13 300 kgf/mm2 dans une direction <100> et le coefficient de dilatation thermique est égal à 2,4 x 10-6/ C. Le siège en verre 82 est formé d'un verre possédant un module d'Young égal à 6080 kgf/mm2 et un coefficient de dilatation

thermique égal à 2,6 x 10-6/C.

L'adhésif 91 est formé d'une résine possédant un module d'Young égal à 15 kgf/mm2, et un coefficient de dilatation thermique égal à 2,7 x 10-6/ C. La plaque 90 est formée de l'alliage 42 possédant un module d'Young égal à 14 800 kgf/mm2 et un coefficient de dilatation thermique égal à 4,3 x 10-6/ C. Le boîtier de connecteur 60 est formé du PPS ayant un module d'Young égal à 890 kgf/mm2 et un

coefficient de dilatation thermique égal à 10,0 x 10-6/ C.

En réglant les valeurs ci-dessus, la contrainte de fluage dans le boîtier de connecteur 60 ne peut pas affecter la

plaquette de capteur 80.

En outre conformément à cette forme de réalisa-

tion, une partie amincie 66 est formée dans le boîtier de connecteur 60 au niveau de la partie correspondant à la partie correspondant à celle o la plaquette de capteur 80

est montée. Par conséquent, la contrainte de fluage appa-

rait dans la partie amincie 66 peut être réduite par rap-

port à celle qui apparaît dans la partie épaissie entourant la partie amincie 66. Il en résulte que la contrainte de fluage dans le boîtier de connecteur 60 est empêchée

d'affecter la plaquette de capteur 80.

(Variante de réalisation) L'élément formant boîtier 30 des première et seconde formes de réalisation est formé d'un seul tenant

avec le cadre de montage 20, par moulage. Cependant l'élé-

ment formant boîtier 30 peut être formé séparément du cadre de montage 20. C'est-à-dire que, lorsqu'on sépare la partie de montage, l'élément formant boîtier 30 est formé d'un seul tenant avec une partie autre que la partie de montage du cadre de montage. Ensuite on fixe la partie de montage 21 à l'élément formant boîtier 30 à l'aide d'un adhésif ou analogue dans une partie correspondant aux parties formant

évidements 30-35.

L'élément de détection n'est pas limité à la plaquette de capteur 10. L'élément de détection peut être un autre dispositif à semiconducteurs, qui se déforme en fonction d'une contrainte externe et délivre un signal qui est fonction de cette déformation, comme par exemple un

élément formant jauge ou un élément sensible à la pression.

En outre dans les formes de réalisation précédentes, on a expliqué le capteur de déformation à semiconducteurs selon la présente invention en prenant exemple d'un capteur de détection de pression servant à détecter la pression sous la forme d'une force externe,

comme par exemple un capteur de pression d'admission.

Cependant, le capteur de déformation à semiconducteurs selon la présente invention est applicable à un autre détecteur de force externe (quantité physique) servant à détecter la force externe (quantité physique) sous l'effet de sa déformation due à la force externe (quantité physique), comme par exemple un capteur d'accélération, qui comporte un élément de détection servant à détecter une

accélération qui lui est appliquée.

Claims

REVENDICATIONS

1. Capteur de déformation à semiconducteurs, caractérisé en ce qu'il comporte:

un élément de détection (10) destiné à se défor-

mer en réponse à l'application d'une force extérieure à cet élément et à délivrer un signal électrique en réponse à une déformation; un cadre de montage (20) possédant une surface (20a) pour le montage de l'élément de détection, et une autre surface (20b), et permettant la transmission du signal électrique à l'extérieur; un élément formant boîtier (30) servant supporter

le cadre de montage et comportant une partie formant évide-

ment (31-35) située sur un côté de l'autre surface du cadre de montage, la partie formant évidement étant agencée de telle sorte qu'au moins une partie d'une zone particulière, qui correspond à une zone de montage dans laquelle l'élément de détection est monté et qui est située dans l'autre surface du cadre de montage, n'est pas en contact

avec l'élément formant boîtier, au niveau de la partie for-

mant évidement.

2. Capteur de déformation à semiconducteurs, selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de détection (10) est formé d'un semiconducteur et que

l'élément formant boîtier (3) est formé d'une résine.

3. capteur de déformation à semiconducteurs,

selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caracté-

risé en ce que la partie formant évidement (31,34,35) de la partie formant boîtier (30) est formée de telle sorte que la totalité d'une zone particulière de l'autre surface du

cadre de montage n'est pas en contact avec l'élément for-

mant boîtier au niveau de la partie formant évidement.

4. Capteur de déformation à semiconducteurs,

selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracté-

risé en ce que l'élément de détection (10) est relié au

cadre de montage (20) par une résine adhésive (40) possé-

dant un module d'Young égal ou inférieur à 10 MPa.

5. Capteur de déformation à semiconducteurs,

selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caracté-

risé en ce que le coefficient de dilatation thermique du cadre de montage (20) est supérieur à celui de l'élément de

détection (10), et que le coefficient de dilatation ther-

mique de l'élément formant boîtier (30) est supérieur à

celui du cadre de montage (20).

6. Capteur de déformation à semiconducteurs, selon la revendication 5, caractérisé en ce que le cadre de montage (20) est formé d'un alliage 42 % Ni - Fe et que l'élément formant boîtier (30) est formé d'une résine basée

sur un époxy.

7. Capteur de déformation à semiconducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend: un élément formant boîtier (60) formé d'une résine; un organe (90) de montage pour un élément, qui est monté sur l'élément formant boîtier; et

un élément de détection (80) destiné à se défor-

mer en réponse à une force extérieure qui lui est appli-

quée, et servant à délivrer un signal électrique en réponse à cette déformation, et qui est logé dans l'élément formant boîtier au moyen de l'organe de montage, l'organe de montage possédant un coefficient de dilatation thermique plus proche de celui de l'élément de détection que de celui de la résine constituant l'élément

formant boîtier.

8. Capteur de déformation à semiconducteurs, selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément formant boîtier (60) possède une partie amincie (66), qui possède une épaisseur plus faible que dans le reste de cet élément, dans une zone particulière correspondant à une zone de montage dans laquelle l'élément de détection est monté.

9. Capteur de déformation à semiconducteurs,

selon l'une ou l'autre des revendications 7 et 8, caracté-

risé en ce que: un élément (65) de sortie de signal servant à délivrer le signal électrique de l'élément de détection

(80) à l'extérieur est formé d'un seul tenant dans l'élé-

ment formant boîtier (60), et

l'organe de montage (90) est formé du même maté-

riau que l'élément pour la délivrance de signal.

10. Capteur de déformation à semiconducteurs, selon la revendication 9, caractérisé en ce que: l'élément (65) de délivrance de signal est prévu sur une surface intérieure de l'élément formant boîtier (60) et est raccordé à l'élément de détection (80) au moyen d'une liaison par fil, l'élément formant boîtier possède une partie en renfoncement (63) qui est en renfoncement par rapport à la surface intérieure, dans une partie entourant l'élément de délivrance de signal, et la partie en renfoncement possède une surface inférieure (64), et l'organe de montage (90) est prévu sur la surface

inférieure de la partie en renfoncement.