EP3523986A1 - Capteur de pression, en particulier microphone a agencement amélioré - Google Patents

Capteur de pression, en particulier microphone a agencement amélioré

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EP3523986A1
EP3523986A1 EP17792115.2A EP17792115A EP3523986A1 EP 3523986 A1 EP3523986 A1 EP 3523986A1 EP 17792115 A EP17792115 A EP 17792115A EP 3523986 A1 EP3523986 A1 EP 3523986A1
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EP
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cavity
support
conductive
electromechanical
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EP17792115.2A
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Philippe Robert
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Publication date
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Definitions

  • the present application relates to the field of electromechanical systems, and more particularly to that of pressure sensor systems and advantageously microphones equipped with at least one electromechanical component M EMS (for "microelectromechanical Systems” according to the English terminology) and / or NEMS (NEMS for "nano-electromechanical Systems”).
  • M EMS for "microelectromechanical Systems” according to the English terminology
  • NEMS for "nano-electromechanical Systems”
  • the M EMS and / or NEMS component of a pressure sensor and in particular a microphone comprises a sensitive element, typically in the form of an oscillating membrane, which deforms under the effect of a pressure differential between its two faces. .
  • the membrane is generally deformed in an out-of-plane direction, i.e. perpendicular to the main plane of the electromechanical component.
  • a motion caused by an incoming sound wave is translated by an electrical signal, for example a signal due to a capacitance change between a fixed electrode and a mobile electrode fixed on the membrane or formed by the membrane.
  • the electromechanical component is generally associated and connected to an electronic component such as a chip or an ASIC (acronym of the English “Application-Specific I ntegrated Circuit", literally “integrated circuit specific to an application") provided with means signal processing from the electromechanical component.
  • the electronic component and the electromechanical component are typically disposed on an assembly substrate and placed in an enclosure formed by the assembly substrate and a protective cover.
  • the assembly substrate may comprise connections and be brought to be transferred to an electronic card.
  • the volume of the rear chamber which designates the volume in the enclosure located behind or on the side of the rear face of the membrane, that is to say on the side of the opposite side to that, called the front face, against which a sound wave entering through the input port arrives first.
  • This volume of the rear chamber or “rear volume” represents a compensation volume when the membrane oscillates. It is generally sought to maximize this rear volume in order to increase the performance of the microphone especially in terms of signal-to-noise and low-frequency response.
  • US 9 264 815 B2 provides a microphone system in which, to reduce bulk, an ASIC is disposed in a cavity on the side of the upper face of an assembly substrate while the electromechanical component is disposed above the ASIC.
  • the acoustic wave input port is an opening in a hood, this cap being disposed on the upper face of the substrate. Due to the presence of the ASIC in the cavity, such a system has a reduced rear chamber volume, which can adversely affect its performance.
  • an electromechanical transducer equipped with a sensitive element able to move under the effect of a pressure difference between its faces
  • a substrate for receiving at least one electromechanical transducer support and / or signal processing means, the substrate having an upper face and a lower face opposite to the upper face, the lower face being provided with at least one a conductive zone capable of being connected with an electronic card, the substrate further comprising an opening passing through its thickness, the opening comprising a first hole opening at the upper face of the substrate and in the extension of the first hole a first cavity opening at level of the lower face of the substrate, the first cavity having a width greater than that of the first hole so as to form a shoulder, the support of the electromechanical transducer and / or signal processing means being housed in the first cavity so that a region of a front face of the support is supported on a support zone of the shoulder.
  • the first cavity can form an acoustic wave input port.
  • the arrangement of the system may be such that the first hole is closed by said support, while the cover has an opening forming an acoustic wave input port.
  • a second hole distinct from the first hole is in the extension of the first cavity. The support can then be connected to the substrate via a conductive wire passing through the second hole.
  • the present invention relates in particular to an electromechanical pressure sensor system comprising:
  • a first structure comprising an electromechanical transducer equipped with a sensitive element able to move under the effect of a pressure difference between its faces
  • a second structure comprising signal processing means, for the processing of the signals resulting from a displacement of the sensitive element
  • a substrate for receiving the first structure and the second structure, the substrate comprising an upper face and a lower face opposite to the upper face, the first structure and the second structure being disposed in one or more cavities formed (s) in the substrate and opening at at least one of the faces of the substrate, the lower face being provided with at least one conductive connection zone,
  • a first cavity among said cavities in which the first structure is disposed opening on the rear face of the substrate said first cavity communicating with a first hole passing through the substrate between said first cavity and the upper face of the substrate, the cavity having a width greater than that said first hole so as to form a shoulder, a front face of the first structure bearing on a bearing zone of the shoulder.
  • a shoulder may facilitate assembly between the substrate and the first structure which may be parts made independently of one another.
  • Such a system can form a microphone or be integrated into a microphone.
  • Such an arrangement of the support allows a gain in compactness.
  • the electromechanical system may be provided with a protective cover arranged on the upper face of the substrate.
  • the bearing zone of the shoulder is in particular an area of a plane located at the interface or at the boundary between the first cavity and the first hole. An arrangement on such a zone allows a robust maintenance of the first structure.
  • the system may comprise a connection structure between the conductive zone located on the underside of the substrate and a conductive zone of a support of the first structure, the connection structure comprising at least one conductive element. crossing the substrate.
  • a connection structure between the conductive zone located on the underside of the substrate and a conductive zone of a support of the first structure, the connection structure comprising at least one conductive element. crossing the substrate.
  • connection structure comprises a conductive wire passing through the first hole connecting a conductive zone located on the upper face of the substrate and a conductive zone of the support of the first structure.
  • connection structure passes through the substrate and has a curved shape, the conductive element being arranged so as to connect the bearing zone of the shoulder and said conductive zone located on the underside of the substrate.
  • the electromechanical transducer is integrated in a support and the sensitive element is disposed on the side of the front face of this support.
  • the sensitive element is disposed on the side of the front face of this support.
  • these can be integrated in the same support as the transducer.
  • the electromechanical transducer is integrated in a first support
  • the signal processing means are integrated in a second support separate from the first support.
  • the second support may advantageously be disposed in a second cavity opening at the lower face of the substrate, the second cavity communicating with a second hole, the second hole having a width smaller than that of the second cavity and opening at level of the upper face of the substrate.
  • the signal processing means are integrated with a second support disposed in another cavity that is distinct from the first cavity, this other cavity opening at the level of the upper face of the substrate.
  • the first support can be connected to a front face of the second support via a conductive wire passing through the first hole.
  • the second support can be connected to the substrate via another conductive wire.
  • the second support may be provided with one or more conductive elements through to allow a connection between its front face and its rear face.
  • the conducting wire connecting the first support and the second support and / or the other conductive wire connecting the second support to the substrate can be respectively connected to a conductive element passing through the second support.
  • FIG. 1 illustrates an example of an electromechanical system forming an improved arrangement microphone in which an electromechanical MEMS and / or NEMS component is housed in a cavity located on the lower face of an assembly substrate;
  • FIG. 2 illustrates another exemplary implementation of the system with a connection structure with a compact arrangement between the electromechanical component and the lower face of the assembly substrate
  • FIG. 3 illustrates another exemplary implementation of the system with an electronic component provided with signal processing means derived from the MEMS and / or NEMS component, this electronic component being housed in a cavity of the substrate distinct from that in which find the electromechanical component;
  • FIG. 4 illustrates an implementation variant for which the electronic component is provided with through vias to enable contact to be made at its rear face situated on the side of the lower face of the substrate;
  • FIG. 5 illustrates another example of implementation of the electromechanical system in which the rear chamber extends in a hole made in the substrate and situated between the electromechanical component and the electronic component, the latter being placed in a cavity located on the side of the underside of the substrate;
  • FIG. 6 illustrates an alternative arrangement of the electromechanical system in which the electronic component is provided on the rear face with conductive balls
  • FIG. 7 illustrates another example of implementation of the electromechanical system in which the electromechanical component is disposed in a cavity located on the side of the underside of the substrate while the electronic component is arranged in a cavity located on the side of the upper face of the substrate;
  • FIG. 8 illustrates another example of implementation of the electromechanical system in which the electromechanical component and the electronic component are respectively arranged in a cavity and in another cavity situated on the side of the underside of the substrate, these components being connected to the substrate through a connection of the type of those of the embodiment of Figure 2;
  • FIGS. 9A-9E illustrate an exemplary method of manufacturing an electro-mechanical pressure sensor system implemented according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 An example of an electromechanical system forming a microphone for converting pressure variations into electrical signal variations is illustrated in FIG.
  • the electromechanical system comprises an assembly substrate 1 which may be based on optionally filled polymer material (s) or based on ceramic material or semiconductor material such as silicon.
  • the thickness of the substrate 1 (dimension measured in a direction orthogonal to the main plane of the substrate 1 and parallel to the z axis of the orthogonal reference [0; x; y; z]) may be between 100 ⁇ and 700 ⁇ .
  • "Main plane” means a plane passing through the substrate and parallel to the plane [O; x; y].
  • the assembly substrate 1 comprises a recess 12 or a cavity 12, in the extension of which is provided a hole 13 opening at an upper face 3 of the substrate 1, that is to say the face opposite to the lower face 5.
  • the cavity 12 is provided with a width W greater than W 2 of the hole 13 so as to form a shoulder.
  • the widths W 1 and W 2 are dimensions measured parallel to the main plane of the substrate 1, ie in the plane [O; x; y].
  • An electromechanical component 20 M EMS and / or NEMS is disposed in the cavity 12.
  • the electromechanical component 20 of type M EMS and / or N EMS housed in the cavity 12 is in the form of a support, for example in silicon and is provided with a sensitive element such as a membrane 21 able to vibrate under the effect of acoustic waves.
  • the membrane 21 is located on the side of a face of the support called "front face”. peripheral region of the front face 23 and which is around the membrane 21 is supported on a zone 15 called "bearing zone" of the substrate 1 located at the bottom of the cavity 12 and forming a step or a shoulder. This bearing zone 15 is in a plane P located at the interface between the hole 13 and the cavity 12.
  • the bearing zone 15 forms a non-zero angle with a normal to the main plane of the substrate 1.
  • the support zone 15 is parallel to the main plane of the substrate 1.
  • This support zone 15 makes it easier to assemble the electromechanical component 20 which can be made in particular by gluing and / or brazing and / or welding.
  • Such a type of configuration makes it possible to provide for the reception substrate 1 and the electromechanical component independently of one another and then to assemble them later.
  • This support zone also allows robust maintenance of the electromechanical component 20 on the receiving substrate.
  • the cavity 12 serves as an input port for the acoustic waves making it possible to vibrate the membrane 21.
  • the acoustic waves thus penetrate through the rear face 25 of the electromechanical component 20, ie the face of the component electromechanical 20 opposite to the front face 23.
  • the cavity 12 and the hole 13 in its extension thus form an opening passing through the thickness of the substrate 1 and which is at least partially closed off by the membrane 21 of the electromechanical component 20.
  • a volume located from the side of the front face of the electromechanical component 20 and the substrate 1 and defined by a cap 40 forms the rear chamber of the pressure sensor system.
  • the cap 40 may for example be made of a metallic material, or a ceramic material, or a plastic material, or a semiconductor material such as silicon, and disposed on the front face 3 of the substrate 1 so as to provide a protective enclosure 8, the cover being preferably closed and does not include in this example no opening.
  • the arrangement of the electromechanical component 20 in the cavity 12 provides a rear chamber of large volume in which the membrane 21 is intended to oscillate.
  • the arrangement of the electromechanical component 20 is preferably provided so as to have a small volume between the front face of the diaphragm 21 and the lower face 5 of the substrate 1. If necessary, the electromechanical component 20 may protrude from the underside of the substrate 1.
  • the electromechanical component 20 is electrically connected to the assembly substrate 1 by means of at least one conductive wire 27 which passes through the hole 13.
  • the conductive wire 27 is bent and connects a conductive zone 22 located on the front face 23 of the MEMS and / or NEMS component 20 to a conductive zone 14 of the upper face 3 of the substrate 1.
  • the substrate 1 may be provided with at least one through-conductive element 17, also called "via", which extends in the thickness of the substrate 1.
  • one or more conductive balls 19 or solder balls may be arranged on the lower face 5 of the substrate 1, and in particular on conductive areas 16, for example in the form of pads.
  • FIG. 2 An alternative arrangement illustrated in FIG. 2 provides an interconnection structure between the substrate 1 and a more robust and compact electromechanical component 20.
  • the interconnection structure between the electromechanical component 20 and the substrate 1 extends essentially in the thickness of the substrate 1 and makes it possible to electrically connect the lower face 5 of the substrate 1 to the front face 23 of the electromechanical component 20 .
  • a region 23a located at the periphery of the front face of the MEMS component 20 is conductive, and is connected, via a conductive ball 52 to a conductive zone 14 'of the substrate 1 situated at the bottom of the cavity 12 at the level of the shoulder.
  • a conductive element 57 through is provided in the thickness of the substrate 1.
  • This conductive element 57 comprises a first conductive portion 57a which extends from the connection zone 16 in a first direction forming a non-zero angle with the main plane of the substrate 1, the first direction being typically orthogonal to the main plane of the substrate 1.
  • the first conductive portion 57a is connected to a second conductive portion 57b which extends in a second direction, typically parallel to the main plane of the substrate 1.
  • the portions 57a, 57b thus form an angle or an elbow.
  • the second conductive portion 57b extends to the hole 13 and can be connected to a third conductive portion 57c which extends towards the bottom of the cavity 12 to the conductive zone 14 'located at the shoulder.
  • the conducting element 57 thus has a curved shape, in particular a U shape.
  • the electromechanical component 20 may be provided with integrated signal processing means.
  • signal processing is meant at least one function of amplification and / or filtering, and / or signal shaping.
  • electromechanical transducer in particular electroacoustic
  • signal processing means resulting from a vibration of the membrane 21 of the electromechanical component 20.
  • the signal processing means are integrated in a separate support of the MEMS and / or NEMS component 20, in particular an electronic component 30, such as a chip or an ASIC. There is then a transducer structure on a first support and another structure comprising signal processing means on a second support different from the first support.
  • the electronic component 30 is disposed in a second cavity 112 provided at the lower face 5 of the substrate 1 and which is separated from the cavity 12 in which the MEMS component 20 is housed.
  • a second hole 113 opening at an upper face 3 of the substrate 1, that is to say the face opposite to the lower face 5.
  • the cavity 112 is also provided with a width greater than that of the second hole 113 so as to form a shoulder.
  • a region of the component 30 is supported on a bearing zone 115 of the substrate 1 located at the bottom of the cavity 112 and forming a shoulder.
  • This bearing zone 115 is in a plane P 'situated at the interface between the second hole 113 and the second cavity 112.
  • the support zone 115 is parallel to the main plane of the substrate 1.
  • the electromechanical component 20 and the electronic component 30 are connected to each other via a conductive element.
  • the conductive element is typically a curved conductive wire 67 which extends into the closed enclosure and passes through the hole 13 formed in the substrate 1.
  • the conductive wire 67 extends towards the second hole 113 arranged in the 1 and which is in the extension of the second cavity 112 for receiving the electronic component 30.
  • the conductive wire 67 thus connects the front face 23 of the electromechanical component 20 and the front face 33 of the electronic component 30.
  • another curved conductive wire 77 extends from the front face 33 of the electronic component 30 to a conductor zone 14 located on the upper face 3 of the substrate 1.
  • This conductive zone 14 may itself be electrically connected to a conductive zone 16 located on the lower face of the substrate 1, for example via a via via (not shown in FIG. 3 but which may be of the type with the one with 17 in Figure 1).
  • a variant of the arrangement described above provides for an electrical contact on the rear face 35 (i.e. a face opposite to the front face 33) of the electronic component 30 situated on the side of the lower face 5 of the substrate 1.
  • one or more conductive zones are disposed on the rear face 35 of the electronic component 30 to enable connection and possible assembly, for example with an electronic card intended to be arranged on the lower face. of the substrate l.
  • conductive elements 87 passing through the thickness of the component 30, for example in the form of vias TSV (TSV for "through silicon via”) may be provided.
  • the conducting wire 67 connecting the MEMS and / or NEMS component 20 and the electronic component 30 is itself connected to the rear face of the electronic component 30 via a conducting element 87a passing through.
  • the conductive wire 77 connecting the electronic component 30 and the substrate 1 may itself be connected to the rear face 35 of the electronic component 30 via another conducting element 87b therethrough.
  • the input port of the acoustic waves is located on the side of the lower face 5 of the substrate 1.
  • an acoustic wave input port can be provided. at the hood 40.
  • the cover 40 then comprises at least one opening 43, while the rear face 5 of the substrate 1 can be closed.
  • Such a type of configuration is illustrated in the particular embodiment of FIG. 5, in which the electromechanical component 20 is this time disposed on the upper face 3 of the substrate 1, the membrane 21 being suspended above and below distance from the upper face 3 of the substrate 1.
  • the electronic component 30 is in turn housed in a cavity 212 of the substrate 1 in the extension of which holes 213, 313 are provided.
  • a hole 313 serves to pass one or more conducting wires 177 to allow a connection of the electronic component 30 with the substrate 1.
  • the membrane 21 of the electromechanical component 20 extends opposite another hole 213 separated from the hole 313 by a portion of substrate. This other hole 213 forms in this example part of the rear chamber of the micro-phone.
  • the electronic component 30 may be arranged to close the holes 213, 313 on the side of the underside of the substrate 1, the enclosure being open only on the side of the opening 43 provided in the cover.
  • the substrate 1 and the electromechanical component 20 are connected via a conductive element such as a conductive wire 167, which connects a conductive zone 22 located on the front face 23 of the MEMS and / or NEMS component, and a conductive zone 14 of the upper face 3 of the substrate 1.
  • a conductive zone 16 located on the lower face 5 to the zone 4 the substrate 1 may be provided with at least one through-conductive element which connects the upper face 3 and the lower face 5 of the substrate 1. It is also possible to provide a microstrip. conductive wiring to enable the electronic component 30 to be connected to the MEMS component 20.
  • FIG. 6 A similar arrangement is illustrated in FIG. 6, this time using conductive balls 89a, 89b to make it possible to establish a rear-face contact 35 of the electronic component 30 and possible assembly with another device, in particular an electronic card.
  • FIG. 7 Another configuration example for obtaining a small footprint and a large rear volume is illustrated in Figure 7.
  • the system has an input port located on the side the lower face 5 of the substrate 1.
  • the electronic component 30 is this time disposed in a cavity 412 located on the side of the upper face 3 of the substrate 1.
  • the respective cavities 12, 412 of the MEMS component 20 and the electronic component 30 are distinct. and do not communicate.
  • the electromechanical component 20 is arranged in the cavity 12 located at the lower face 5 of the substrate 1 while the electronic component 30 is disposed in another cavity 112 provided at the lower face 5.
  • This arrangement differs from that described above in connection with FIG. 3 or FIG. 4, in particular in that the electromechanical component 20 and the electronic component 30 are connected to the substrate by means of conductive elements.
  • These conductive elements 57 are of the type of those described above in connection with FIG. 2.
  • the conductive elements 57 extend in the substrate 1 and open at its lower face 5 on conductive zones.
  • a region 23a situated at the periphery of the front face of the MEMS component 20 is conductive, and is connected, via a conductive zone to a conductive zone 14 'of the substrate 1 situated at the bottom of the cavity 12 at the level of the shoulder.
  • the latter comprises a conductive zone which is connected to a conductive zone 14 "of the substrate 1 situated at the bottom of the cavity 12 at the level of the shoulder of the cavity 112.
  • FIG. 9A A possible starting structure of the process is illustrated in FIG. 9A in the form of a substrate 1 which can be for example a PCB (Printed Circuit Board).
  • the substrate 1 At its lower face 5, the substrate 1 comprises at least one cavity 12 and a hole 13 communicating with the cavity 12, the hole 13 of smaller width than that of the cavity 12 opening at the upper face 3 of the substrate 1
  • the starting substrate 1 also comprises one or more conductive zones 14 on its upper face 3 and one or more conductive zones 16 situated on its lower face 5, a conductive zone 14 being typically connected to a conductive zone 16 by the via 17 intermediate.
  • FIG. 9B then illustrates a transfer step of an electromechanical component 20 in the cavity 12, the component being provided with a suspended structure such as a membrane 21.
  • the transfer is typically carried out using an adhesive 29 so that a region of the front face 23 of the electromechanical component 20 is placed against an area of the substrate 1 forming a step or a shoulder.
  • the dimensions of the cavity 12 in a plane parallel to the main plane of the substrate 1 are greater than the dimensions of the electromechanical component 20 in order to accommodate or nest this component 20 in the cavity and make the assembly easier.
  • FIG. 9C a connection is made between the electromechanical component 20 and the substrate 1.
  • a wire bonding method according to the English terminology may be implemented in order to produce a conducting wire 67 connecting the front face 23 of the electromechanical component 20 and the upper face 3 of the substrate 1 substantially parallel but located at different levels from each other.
  • a cover 40 is then transferred to the front face 3 of the substrate 1, as shown in FIG. 9D.
  • the cover 40 is disposed on the substrate 1 so as to form a protective enclosure above the electromechanical component 20.
  • the assembly of the cover 40 with the substrate 1 is typically carried out using an adhesive 49 which may be conductive, in particular when the cap 40 is metallic.
  • one or more conductive balls 19 may be disposed on the lower face 5 of the substrate 1.
  • Such conductive balls 19 may be in the form of solder balls to allow a possible transfer of the system to another support such as a electronic application card C (FIG. 9E).
  • a microphone as described above has applications in many areas and can be integrated for example with a communication device such as a mobile phone or a computing device such as a tablet. According to other examples, a system according to one or other of the embodiments described above may be integrated in an automobile or a medical device such as a hearing aid.

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Abstract

Système électromécanique capteur de pression, en particulier de type microphone comportant: un transducteur électromécanique, des moyens de traitement de signaux, un substrat (1) d'accueil d'au moins un support (20, 30) du transducteur électromécanique et/ou des moyens de traitement de signaux, un capot de protection (40) agencé sur la face supérieure (3) du substrat (1), le support (20, 30) du transducteur électromécanique et/ou des moyens de traitement de signaux étant logé dans au moins une cavité placée en face inférieure du substrat.

Description

CAPTEUR DE PRESSION, EN PARTICULIER MICROPHONE A AGENCEMENT AMELIORE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente demande se rapporte au domaine des systèmes électromécaniques, et plus particulièrement à celui des systèmes capteurs de pression et avantageusement des microphones dotés d'au moins un composant électro-mécanique M EMS (pour "microelectromechanical Systems" selon la terminologie anglo-saxonne) et/ou NEMS (NEMS pour "nano-electromechanical Systems").
Le composant M EMS et/ou NEMS d'un capteur de pression et notamment d'un microphone comporte un élément sensible, typiquement sous forme d'une membrane oscillante, se déformant sous l'effet d'un différentiel de pression entre ses deux faces. La membrane se déforme généralement da ns une direction hors-plan, i.e. perpendiculairement au plan principa l du composant électromécanique. Dans un capteur de pression de type microphone, une mise en mouvement provoquée par une onde sonore entrante est traduite par un signal électrique, par exemple un signal dû à un changement de capacité entre une électrode fixe et une électrode mobile fixée sur la membrane ou formée par la membrane.
Le composant électro-mécanique est généralement associé et connecté à un composant électronique tel qu'une puce ou un ASIC (acronyme de l'anglais « Application-Specific I ntegrated Circuit », littéralement « circuit intégré propre à une application ») doté de moyens de traitement de signaux issus du composant électromécanique. Le composant électronique et le composant électro-mécanique sont typiquement disposés sur un substrat d'assemblage et placés dans une enceinte formée par le substrat d'assemblage et un capot de protection. Le substrat d'assemblage peut comporter des connexions et être amené à être reporté sur une carte électronique.
Pour des raisons de coût et d'encombrement, on cherche à rendre les capteurs de pression ou microphones de moins en moins volumineux. Par ailleurs, un facteur important de la performance de tels systèmes est le volume de la chambre arrière qui désigne le volume dans l'enceinte situé derrière ou du côté de la face arrière de la membrane, c'est-à-dire du côté de la face opposée à celle, appelée face avant, contre laquelle une onde sonore pénétrant par le port d'entrée parvient en premier. Ce volume de la chambre arrière ou « volume arrière » représente un volume de compensation lorsque la membrane oscille. On cherche généralement à maximiser ce volume arrière afin d'augmenter les performances du microphone notamment en termes de rapport signal sur bruit et de réponse en basse fréquence. On cherche généralement dans le même temps à minimiser un autre volume du système, appelé « volume de chambre avant » ou « volume avant » et situé à l'opposé du volume arrière par rapport à l'élément sensible.
Le document US 9 264 815 B2 prévoit un système formant microphone dans lequel, pour réduire l'encombrement, un ASIC est disposé dans une cavité située du côté de la face supérieure d'un substrat d'assemblage tandis que le composant électro- mécanique est disposé au-dessus de l'ASIC. Dans un tel système, le port d'entrée des ondes acoustiques est une ouverture pratiquée dans un capot, ce capot étant disposé sur la face supérieure du substrat. Du fait de la présence de l'ASIC dans la cavité, un tel système a un volume de chambre arrière réduit, ce qui peut nuire à ses performances.
Dans le document US 2015/0189443 Al, une solution alternative à la problématique d'encombrement, consiste à placer le composant électromécanique dans une cavité située du côté de la face supérieure du substrat d'assemblage, tandis que l'ASIC est empilé sur le composant électromécanique. Dans un tel système, le port d'entrée des ondes acoustiques est alors une ouverture pratiquée en face inférieure du substrat et qui communique avec la cavité, le volume de chambre avant, qui peut être source de résonance parasite reste relativement important. De plus, du fait de la présence de l'ASIC dans la chambre arrière, un tel système a un volume de chambre arrière réduit, ce qui peut nuire également à ses performances. Par ailleurs, un tel système n'est pas adapté à une configuration dans laquelle le capot sert de port d'entrée aux ondes acoustiques. Il se pose le problème de trouver une nouvelle structure de capteur de pression améliorée vis-à-vis d'inconvénient(s) mentionné(s) ci-dessus et en particulier à volume de chambre arrière augmentée pour un volume donné de capteur de pression.
EXPOSÉ DE L'INVENTION Un mode de réalisation de la présente invention prévoit un système électromécanique capteur de pression comportant :
- un transducteur électromécanique doté d'un élément sensible apte à se déplacer sous l'effet d'une différence de pression entre ses faces,
- des moyens de traitement de signaux, pour le traitement des signaux résultant d'un déplacement de l'élément sensible,
- un substrat d'accueil d'au moins un support du transducteur électromécanique et/ou des moyens de traitement de signaux, le substrat ayant une face supérieure et une face inférieure opposée à la face supérieure, la face inférieure étant dotée d'au moins une zone conductrice apte à être connectée avec une carte électronique le substrat comportant en outre une ouverture traversant son épaisseur, l'ouverture comprenant un premier trou débouchant au niveau de la face supérieure du substrat et dans le prolongement du premier trou une première cavité débouchant au niveau de la face inférieure du substrat, la première cavité ayant une largeur supérieure à celle du premier trou de manière à former un épaulement, le support du transducteur électromécanique et/ou des moyens de traitement de signaux étant logé dans la première cavité de sorte qu'une région d'une face avant du support prend appui sur une zone d'appui de l'épaulement.
Dans un cas où le transducteur est intégré audit support, la première cavité peut former un port d'entrée d'ondes acoustiques.
Dans un autre cas où les moyens de traitement de signaux sont intégrés audit support et où le transducteur électromécanique est intégré à un autre support disposé sur la face supérieure du substrat, l'agencement du système peut être tel que le premier trou est obturé par ledit support, tandis que le capot comporte une ouverture formant un port d'entrée d'ondes acoustiques. Avantageusement, un deuxième trou distinct du premier trou se trouve dans le prolongement de la première cavité. Le support peut être alors connecté au substrat par l'intermédiaire d'un fil conducteur traversant le deuxième trou.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne en particulier un système électromécanique capteur de pression comportant :
- une première structure comportant un transducteur électromécanique doté d'un élément sensible apte à se déplacer sous l'effet d'une différence de pression entre ses faces,
- une deuxième structure comportant des moyens de traitement de signaux, pour le traitement des signaux résultant d'un déplacement de l'élément sensible,
- un substrat d'accueil de la première structure et de la deuxième structure, le substrat comportant une face supérieure et une face inférieure opposée à la face supérieure, la première structure et la deuxième structure étant disposées dans une ou plusieurs cavité(s) formée(s) dans le substrat et débouchant au niveau d'au moins une des faces du substrat, la face inférieure étant dotée d'au moins une zone conductrice de connexion,
une première cavité parmi lesdites cavités dans laquelle la première structure est disposée débouchant en face arrière du substrat, ladite première cavité communicant avec un premier trou traversant le substrat entre ladite première cavité et la face supérieure du substrat, la cavité ayant une largeur supérieure à celle dudit premier trou de manière à former un épaulement, une face avant de la première structure prenant appui sur une zone d'appui de l'épaulement. Un tel épaulement peut permettre de faciliter l'assemblage entre le substrat et la première structure qui peuvent être des pièces réalisées indépendamment l'une de l'autre.
Un tel système peut former un microphone ou être intégré à un microphone. Un tel agencement du support permet un gain en compacité.
Le système électromécanique peut être doté d'un capot de protection agencé sur la face supérieure du substrat. La zone d'appui de l'épaulement est en particulier une zone d'un plan situé à l'interface ou à la frontière entre la première cavité et le premier trou. Un agencement sur une telle zone permet un maintien robuste de la première structure.
Selon une possibilité de mise en œuvre, le système peut comprendre une structure de connexion entre la zone conductrice située sur la face inférieure du substrat et une zone conductrice d'un support de la première structure, la structure de connexion comprenant au moins un élément conducteur traversant le substrat. Un tel agencement de la structure de connexion permet également un gain en compacité du système.
Selon un mode de réalisation, la structure de connexion comprend un fil conducteur traversant le premier trou reliant une zone conductrice située sur la face supérieure du substrat et une zone conductrice du support de la première structure.
Selon un autre mode de réalisation de la structure de connexion, l'élément conducteur traverse le substrat et a une forme recourbée, l'élément conducteur étant agencé de sorte à connecter la zone d'appui de l'épaulement et ladite zone conductrice située sur la face inférieure du substrat. Un tel agencement permet de faire en sorte que la structure de connexion ne vienne pas encombrer un volume utile d'une enceinte située entre le capot et le substrat.
Selon une possibilité de mise en œuvre, le transducteur électromécanique est intégré à un support et l'élément sensible est disposé du côté de la face avant de ce support. Un tel agencement de l'élément sensible par rapport à l'épaulement permet d'avoir une chambre arrière avec un volume important.
Selon une possibilité d'agencement des moyens de traitement de signaux, ceux-ci peuvent être intégrés au même support que le transducteur.
Selon une autre possibilité d'agencement, le transducteur électromécanique est intégré à un premier support les moyens de traitement de signaux sont intégrés à un deuxième support distinct du premier support.
Dans ce cas, le deuxième support peut être avantageusement disposé dans une deuxième cavité débouchant au niveau de la face inférieure du substrat, la deuxième cavité communicant avec un deuxième trou, le deuxième trou ayant une largeur inférieure à celle de la deuxième cavité et débouchant au niveau de la face supérieure du substrat. Avec un tel agencement, on réduit davantage l'encombrement tout en permettant d'obtenir un volume de la chambre arrière plus important.
En variante, les moyens de traitement de signaux sont intégrés à un deuxième support disposé dans une autre cavité distincte de la première cavité, cette autre cavité débouchant au niveau de la face supérieure du substrat. Un tel agencement permet un gain en compacité et s'adapte à une configuration dans laquelle le port d'entrée des ondes acoustiques est situé au niveau du capot.
Lorsque le transducteur est intégré à un premier support et les moyens de traitement de signaux sont intégré à un deuxième support, le premier support peut être connecté à une face avant du deuxième support par l'intermédiaire d'un fil conducteur traversant le premier trou. Le deuxième support peut être connecté au substrat par l'intermédiaire d'un autre fil conducteur.
Le deuxième support peut être doté d'un ou plusieurs éléments conducteurs traversant pour permettre d'établir une connexion entre sa face avant et sa face arrière. Dans ce cas, le fil conducteur reliant premier support et deuxième support et/ou l'autre fil conducteur reliant le deuxième support au substrat peuvent être connectés respectivement à un élément conducteur traversant le deuxième support.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un exemple de système électromécanique formant un microphone a agencement amélioré dans lequel un composant électromécanique MEMS et/ou NEMS est logé dans une cavité située sur la face inférieure d'un substrat d'assemblage ;
- la figure 2 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système avec une structure de connexion à agencement compact entre le composant électromécanique et la face inférieure du substrat d'assemblage ; - la figure 3 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système avec un composant électronique doté de moyens de traitement de signaux issus du composant MEMS et/ou NEMS, ce composant électronique étant logé dans une cavité du substrat distincte de celle dans laquelle se trouve le composant électromécanique ;
- la figure 4 illustre une variante de mise en œuvre pour laquelle le composant électronique est muni de vias traversant pour permettre une prise de contact au niveau de sa face arrière située du côté de la face inférieure du substrat ;
- la figure 5 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système électro-mécanique dans lequel la chambre arrière s'étend dans un trou pratiqué dans le substrat et situé entre le composant électromécanique et le composant électronique, ce dernier étant disposé dans une cavité située du côté de la face inférieure du substrat ;
- la figure 6 illustre une variante d'agencement du système électromécanique dans laquelle le composant électronique est muni en face arrière de billes conductrices ;
- la figure 7 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système électro-mécanique dans lequel le composant électromécanique est disposé dans une cavité située du côté de la face inférieure du substrat tandis que le composant électronique est agencé dans une cavité située du côté de la face supérieure du substrat ;
- la figure 8 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système électro-mécanique dans lequel le composant électromécanique et le composant électronique sont agencés respectivement dans une cavité et dans une autre cavité situées du côté de la face inférieure du substrat, ces composants étant connectés au substrat par le biais de connexion du type de celles du mode de réalisation de la figure 2 ;
- les figures 9A-9E illustrent un exemple de procédé de fabrication d'un système électro-mécanique capteur de pression mis en œuvre suivant un mode de réalisation de la présente invention;
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
En outre, dans la description ci-après, des termes qui dépendent de l'orientation de la structure comme par exemple « supérieure », « inférieure », « sous », « sur », s'appliquent en considérant que la structure est orientée de la façon illustrée dans les figures.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un exemple de système électromécanique formant un microphone destiné à convertir des variations de pression en variations de signal électrique est illustré sur la figure 1.
Le système électromécanique comprend un substrat 1 d'assemblage qui peut être à base de matériau(x) polymère(s) éventuellement chargé ou à base de matériau céra mique ou de matéria u semi-conducteur tel que du silicium . L'épaisseur du substrat 1 (dimension mesurée dans une direction orthogonalement au plan principal du substrat 1 et parallèlement à l'axe z du repère orthogonal [0 ;x ;y ;z]) peut être comprise entre 100 μιη et 700 μιη. Par « plan principal » on entend un plan passant par le substrat et parallèle au plan [O ;x ;y].
Au niveau d'une de ses faces appelée « face inférieure » 5, le substrat 1 d'assemblage comporte un renfoncement 12 ou une cavité 12, dans le prolongement de laquelle est prévu un trou 13 débouchant au niveau d'une face supérieure 3 du substrat 1, c'est-à-dire la face opposée à la face inférieure 5. La cavité 12 est prévue avec une largeur Wi supérieure à celle W2 du trou 13 de sorte à former un épa ulement. Les largeurs Wi et W2 sont des dimensions mesurées parallèlement au plan principal du substrat 1, autrement dit au plan [O ;x ;y ].
Un composant électromécanique 20 M EMS et/ou NEMS est disposé da ns la cavité 12. Le composant électromécanique 20 de type M EMS et/ou N EMS logé da ns la cavité 12 est sous forme d'un support, par exem ple en silicium, et est doté d'un élément sensible tel qu'une membrane 21 apte à vibrer sous l'effet d'ondes acoustiques. La membrane 21 est située du côté d'une face du support appelée « face avant » 23. Une région périphérique de la face avant 23 et qui se trouve autour de la membrane 21 prend appui sur une zone 15 dite « zone d'appui » du substrat 1 située au fond de la cavité 12 et formant une marche ou un épaulement. Cette zone d'appui 15 se trouve dans un plan P situé à l'interface entre le trou 13 et la cavité 12. La zone d'appui 15 réalise un angle non- nul avec une normale au plan principal du substrat 1. Dans l'exemple particulier illustré sur la figure 1, la zone 15 d'appui est parallèle au plan principal du substrat 1. Cette zone d'appui 15 permet de faciliter l'assemblage entre le composant électromécanique 20 qui peut être effectué en particulier par collage et/ou brasage et/ou soudage. Un tel type de configuration permet de prévoir de réaliser le substrat 1 d'accueil et le composant électro- mécanique indépendamment l'un de l'autre puis de les assembler ultérieurement. Cette zone d'appui permet également un maintien robuste du composant électro-mécanique 20 sur le substrat d'accueil.
Dans cet exemple de réalisation, la cavité 12 sert de port d'entrée aux ondes acoustiques permettant de faire vibrer la membrane 21. Les ondes acoustiques pénètrent ainsi par la face arrière 25 du composant électromécanique 20, c'est à dire la face du composant électromécanique 20 opposée à la face avant 23.
La cavité 12 et le trou 13 dans son prolongement forment ainsi une ouverture traversant l'épaisseur du substrat 1 et qui est au moins partiellement obturée par la membrane 21 du composant électro-mécanique 20. Dans le prolongement du trou 13, un volume situé du côté de la face avant du composant électromécanique 20 et du substrat 1 et délimitée par un capot 40, forme la chambre arrière du système capteur de pression. Le capot 40 peut être par exemple en un matériau métallique, ou céramique, ou plastique, ou semi-conducteur tel que du silicium et disposé en face avant 3 du substrat 1 de telle sorte à réaliser une enceinte 8 protectrice, le capot étant de préférence fermé et ne comporte dans cet exemple pas d'ouverture.
L'agencement du composant électro-mécanique 20 dans la cavité 12 permet d'obtenir une chambre arrière de volume important dans lequel la membrane 21 est destinée à osciller. L'agencement du composant électromécanique 20 est prévu de préférence de sorte à avoir un volume faible entre la face avant de la membrane 21 et la face inférieure 5 du substrat 1. Si besoin, le composant électromécanique 20 peut dépasser de la face inférieure du substrat 1.
Dans cet exemple de réalisation, le composant électromécanique 20 est connecté électriquement au substrat 1 d'assemblage par le biais d'au moins un fil conducteur 27 qui passe à travers le trou 13. Le fil conducteur 27 est recourbé et relie une zone conductrice 22 située en face avant 23 du composant 20 MEMS et/ou NEMS à une zone conductrice 14 de la face supérieure 3 du substrat 1. Pour permettre de relier électriquement une zone conductrice 16 située sur la face inférieure 5 du substrat 1 à la zone conductrice 14 située du côté de sa face supérieure 3, le substrat 1 peut être doté d'au moins un élément conducteur traversant 17, également appelé « via », qui s'étend dans l'épaisseur du substrat 1. Afin de faciliter un éventuel report et une connexion du système sur un autre dispositif tel qu'une carte électronique d'application, une ou plusieurs billes conductrices 19 ou billes de soudure peuvent être disposées sur la face inférieure 5 du substrat 1, et en particulier sur des zones conductrices 16, par exemple sous forme de plots.
Une variante d'agencement illustrée sur la figure 2 prévoit une structure d'interconnexion entre le substrat 1 et un composant électromécanique 20 plus robuste et d'encombrement réduit. Dans cet exemple, la structure d'interconnexion entre le composant électromécanique 20 et le substrat 1 s'étend essentiellement dans l'épaisseur du substrat 1 et permet de relier électriquement la face inférieure 5 du substrat 1 à la face avant 23 du composant électromécanique 20.
Une région 23a située en périphérie de la face avant du composant MEMS 20 est conductrice, et est connectée, par l'intermédiaire d'une bille conductrice 52 à une zone conductrice 14' du substrat 1 située au fond de la cavité 12 au niveau de l'épaulement.
Pour relier électriquement le composant MEMS 20 à une zone conductrice 16 située sur la face inférieure 5 du substrat 1, un élément conducteur 57 traversant est prévu dans l'épaisseur du substrat 1. Cet élément conducteur 57 comporte une première portion conductrice 57a qui s'étend depuis la zone de connexion 16 dans une première direction réalisant un angle non-nul avec le plan principal du substrat 1, la première direction étant typiquement orthogonale au plan principal du substrat 1. La première portion conductrice 57a est reliée à une deuxième portion conductrice 57b qui s'étend dans une deuxième direction, typiquement parallèle au plan principal du substrat 1. Les portions 57a, 57b forment ainsi un angle ou un coude. La deuxième portion conductrice 57b s'étend vers le trou 13 et peut être reliée à une troisième portion conductrice 57c qui s'étend en direction du fond de la cavité 12 jusque vers la zone conductrice 14' située au niveau de l'épaulement. Dans l'exemple particulier de la figure 2, l'élément conducteur 57 a ainsi une forme recourbée, en particulier une forme en U.
En variante de l'exemple qui vient d'être décrit, on peut également envisager une portion conductrice affleurant au niveau de l'épaulement avec un élément conducteur qui épouse un bord latéral du composant MEMS 20 et forme alors un L.
Dans l'un ou l'autre des exemples qui viennent d'être décrits le composant électro-mécanique 20 peut être doté de moyens de traitement de signaux intégrés. Par « traitement de signaux », on entend au moins une fonction d'amplification et/ou de filtrage, et/ou de mise en forme de signaux. On a alors sur un même support une structure avec un transducteur électromécanique, en particulier électroacoustique, et une autre structure avec des moyens de traitement de signaux résultant d'une mise en vibration de la membrane 21 du composant électromécanique 20.
En variante, les moyens de traitement de signal sont intégrés dans un support distinct du composant MEMS et/ou NEMS 20, en particulier un composant électronique 30, tel qu'une puce ou un ASIC. On a alors une structure de transducteur sur un premier support et une autre structure comportant des moyens de traitement de signaux sur un deuxième support différent du premier support.
Dans l'exemple d'agencement illustré sur la figure 3, le composant électronique 30 est disposé dans une deuxième cavité 112 prévue au niveau de la face inférieure 5 du substrat 1 et qui est séparée de la cavité 12 dans laquelle le composant MEMS 20 est logé. Par cet agencement, on obtient un volume de chambre arrière plus important.
Dans le prolongement de la deuxième cavité 112 est prévu un deuxième trou 113 débouchant au niveau d'une face supérieure 3 du substrat 1, c'est-à-dire la face opposée à la face inférieure 5. La cavité 112 est également prévue avec une largeur supérieure à celle du deuxième trou 113 de sorte à former un épaulement.
Une région du composant 30 prend appui sur une zone d'appui 115 du substrat 1 située au fond de la cavité 112 et formant un épaulement. Cette zone d'appui 115 se trouve dans un plan P' situé à l'interface entre le deuxième trou 113 et la deuxième cavité 112. Dans cet exemple particulier, la zone 115 d'appui est parallèle au plan principal du substrat 1.
Le composant électromécanique 20 et le composant électronique 30 sont connectés l'un à l'autre par le biais d'un élément conducteur. L'élément conducteur est typiquement un fil conducteur 67 de forme courbe qui s'étend dans l'enceinte fermée et passe à travers le trou 13 formé dans le substrat 1. Le fil conducteur 67 s'étend vers le deuxième trou 113 agencé dans le substrat 1 et qui se trouve dans le prolongement de la deuxième cavité 112 d'accueil du composant électronique 30. Le fil conducteur 67 relie ainsi la face avant 23 du composant électromécanique 20 et la face avant 33 du composant électronique 30. Pour permettre de connecter le composant électronique 30 et indirectement le composant électromécanique 20 au substrat 1 un autre fil conducteur 77 de forme courbe s'étend de la face avant 33 du composant électronique 30 vers une zone de conductrice 14 située sur la face supérieure 3 du substrat 1.
Cette zone conductrice 14 peut être elle-même reliée électriquement à une zone conductrice 16 située en face inférieure du substrat 1 par exemple par l'intermédiaire d'un via traversant (non représenté sur la figure 3 mais qui peut être du type de celui avec la référence 17 sur la figure 1).
Une variante de l'agencement décrit précédemment prévoit une prise de contact électrique en face arrière 35 (i.e. une face opposée à la face avant 33) du composant électronique 30 située du côté de la face inférieure 5 du substrat 1.
Ainsi, une ou plusieurs zones conductrices typiquement sous forme de billes conductrices 89a, 89b sont disposées en face arrière 35 du composant électronique 30 pour permettre une connexion et un assemblage éventuel, par exemple avec une carte électronique destinée à être disposée sur la face inférieure 5 du substrat l.Pour permettre une connexion entre une zone conductrice 89a, 89b disposée en face arrière du composant électronique 30 et un élément situé en face avant de ce composant 30, des éléments conducteurs 87 traversant l'épaisseur du composant 30, par exemple sous forme de vias TSV (TSV pour « through silicon via ») peuvent être prévus.
Dans l'exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 4, le fil conducteur 67 reliant le composant MEMS et/ou NEMS 20 et le composant électronique 30 est lui-même connecté à la face arrière du composant électronique 30 par l'intermédiaire d'un élément conducteur 87a traversant. Le fil conducteur 77 reliant le composant électronique 30 et le substrat 1 peut être lui-même connecté à la face arrière 35 du composant électronique 30 par l'intermédiaire d'un autre élément conducteur 87b traversant.
Dans les exemples de réalisation qui viennent d'être décrits le port d'entrée des ondes acoustiques se situe du côté de la face inférieure 5 du substrat 1. Selon une variante d'agencement, on peut prévoir un port d'entrée des ondes acoustiques au niveau du capot 40. Le capot 40 comporte alors au moins une ouverture 43, tandis que la face arrière 5 du substrat 1 peut être fermée.
Un tel type de configuration est illustré sur l'exemple de réalisation particulier de la figure 5, dans lequel le composant électro-mécanique 20 est cette fois disposé sur la face supérieure 3 du substrat 1, la membrane 21 étant suspendue au-dessus et à distance de la face supérieure 3 du substrat 1.
Le composant électronique 30 est quant à lui logé dans une cavité 212 du substrat 1 dans le prolongement de laquelle des trous 213, 313 sont prévus. Un trou 313 sert au passage d'un ou plusieurs fils conducteurs 177 pour permettre une connexion du composant électronique 30 avec le substrat 1. La membrane 21 du composant électromécanique 20 s'étend en regard d'un autre trou 213 séparé du trou 313 par une portion de substrat. Cet autre trou 213 forme dans cet exemple une partie de la chambre arrière du micro-phone. Le composant électronique 30 peut être agencé de sorte à obturer les trous 213, 313 du côté de la face inférieure du substrat 1, l'enceinte pouvant n'être ouverte que du côté de l'ouverture 43 prévue dans le capot.
Dans cette configuration, le substrat 1 et le composant électromécanique 20 sont connectés par l'intermédiaire d'un élément conducteur tel qu'un fil conducteur 167 recourbé reliant une zone conductrice 22 située en face avant 23 du composant MEMS et/ou NEMS et une zone conductrice 14 de la face supérieure 3 du substrat 1. Pour permettre de connecter une zone conductrice 16 située sur la face inférieure 5 à la zone conductrice 14 située du côté de sa face supérieure 3, le substrat 1 peut être doté d'au moins un élément conducteur traversant qui relie la face supérieure 3 et la face inférieure 5 du substrat 1. On peut également prévoir d'établir un micro-câblage conducteur pour permettre de connecter le composant électronique 30 au composant MEMS 20.
Un agencement semblable est illustré sur la figure 6 avec cette fois des billes conductrices 89a, 89b pour permettre d'établir un contact en face arrière 35 du composant électronique 30 et un éventuelle assemblage avec un autre dispositif, en particulier une carte électronique.
Un autre exemple de configuration permettant d'obtenir un encombrement réduit et un volume arrière important est illustré sur la figure 7. Comme dans les exemples décrits précédemment en liaison avec les figures 3 et 4, le système comporte un port d'entrée situé du côté de la face inférieure 5 du substrat 1. Le composant électronique 30 est cette fois disposé dans une cavité 412 située du côté de la face supérieure 3 du substrat 1. Les cavités 12, 412 respectives du composant MEMS 20 et du composant électronique 30 sont distinctes et ne communiquent pas.
Dans l'exemple d'agencement illustré sur la figure 8, le composant MEMS
20 est agencé dans la cavité 12 située au niveau de la face inférieure 5 du substrat 1 tandis que le composant électronique 30 est disposé dans une autre cavité 112 prévue au niveau de la face inférieure 5. Cet agencement diffère de celui décrit précédemment en lien avec la figure 3 ou la figure 4, notamment en ce que le composant électromécanique 20 et le composant électronique 30 sont connectés au substrat par le biais d'éléments conducteurs
57 traversant le substrat. Ces éléments conducteurs 57 sont du type de ceux décrits précédemment en liaison avec la figure 2. Les éléments conducteurs 57 s'étendent dans le substrat 1 et débouchent au niveau de sa face inférieure 5 sur des zones conductricesl6
Comme dans l'exemple de réalisation de la figure 2, une région 23a située en périphérie de la face avant du composant MEMS 20 est conductrice, et est connectée, par l'intermédiaire d'une zone conductrice à une zone conductrice 14' du substrat 1 située au fond de la cavité 12 au niveau de l'épaulement. De même, en périphérie de la face avant du composant électronique 30, celui-ci comporte une zone conductrice qui est connectée, à une zone conductrice 14" du substrat 1 située au fond de la cavité 12 au niveau de l'épaulement de la cavité 112.
Un exemple de procédé de fabrication d'un système électromécanique formant un microphone va à présent être décrit en liaison avec les figures 9A-9E.
Une structure de départ possible du procédé est illustrée sur la figure 9A sous forme d'un substrat 1 qui peut être par exemple une plaque de circuit PCB (de l'anglais « Printed Circuit Board »). Au niveau de sa face inférieure 5, le substrat 1 comporte au moins une cavité 12 et un trou 13 communicant avec la cavité 12, le trou 13 de largeur inférieure à celle de la cavité 12 débouchant au niveau de la face supérieure 3 du substrat 1. Le substrat 1 de départ comporte également une ou plusieurs zones conductrices 14 sur sa face supérieure 3 ainsi qu'une ou plusieurs zones conductrices 16 situées sur sa face inférieure 5, une zone conductrice 14 étant typiquement connectée à une zone conductrice 16 par l'intermédiaire de via 17.
La figure 9B illustre ensuite une étape de report d'un composant électromécanique 20 dans la cavité 12, le composant étant doté d'une structure suspendue telle qu'une membrane 21. Le report est réalisé typiquement à l'aide d'une colle 29 de sorte qu'une région de la face avant 23 du composant électromécanique 20 est placée contre une zone du substrat 1 formant une marche ou un épaulement. Les dimensions de la cavité 12 dans un plan parallèle au plan principal du substrat 1 sont prévues supérieures aux dimensions du composant électro-mécanique 20 afin de loger ou d'emboiter ce composant 20 dans la cavité et rendre l'assemblage plus aisé.
Ensuite, figure 9C, on réalise une connexion entre le composant électromécanique 20 et le substrat 1. Un procédé de micro-câblage (« wire bonding » selon la terminologie anglo-saxonne peut être mis en œuvre afin de réaliser un fil conducteur 67 reliant la face avant 23 du composant électro-mécanique 20 et la face supérieure 3 du substrat 1 sensiblement parallèles mais situées à des niveaux différents l'une de l'autre. Un capot 40 est ensuite reporté en face avant 3 du substrat 1, comme cela est illustré sur la figure 9D. Le capot 40 est disposé sur le substrat 1 de telle sorte à former une enceinte protectrice au-dessus du composant électro-mécanique 20.
L'assemblage du capot 40 avec le substrat 1 est typiquement réalisé à l'aide d'une colle 49 qui peut être conductrice, en particulier lorsque le capot 40 est métallique.
De manière optionnelle, une ou plusieurs billes conductrices 19 peuvent être disposées sur la face inférieure 5 du substrat 1. De telles billes conductrices 19 peuvent être sous forme de billes de soudure pour permettre un éventuel report du système sur un autre support telle qu'une carte électronique d'application C (figure 9E).
Un microphone tel que décrit précédemment trouve des applications dans de nombreux domaines et peut être intégré par exemple à un dispositif de communication tel qu'un téléphone portable ou un dispositif informatique tel qu'une tablette. Selon d'autres exemples, un système selon l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits précédemment peut être intégré dans une automobile ou un dispositif médical notamment tel qu'un appareil auditif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système électromécanique capteur de pression comportant :
- une première structure (20) comportant un transducteur électromécanique doté d'un élément sensible (21) apte à se déplacer sous l'effet d'une différence de pression entre ses faces,
- une deuxième structure (30) comportant des moyens de traitement de signaux, pour le traitement des signaux résultant d'un déplacement de l'élément sensible (21),
- un substrat (1) d'accueil de la première et de la deuxième structures
(20, 30), le substrat comportant une face supérieure et une face inférieure (5) opposée à la face supérieure, la première structure et la deuxième structure étant disposées dans une ou plusieurs cavité(s) formée(s) dans le substrat (1) et chacune débouchant au niveau d'au moins une des faces du substrat, la face inférieure étant dotée d'au moins une zone conductrice (16) de connexion,
une première cavité parmi lesdites cavités dans laquelle la première structure est disposée débouchant en face inférieure du substrat, ladite première cavité communicant avec un premier trou (12-13, 112-113) traversant le substrat entre ladite première cavité et la face supérieure du substrat, la cavité (12) ayant une largeur (Wi) supérieure à celle (W2) dudit premier trou (13) de manière à former un épaulement, une face avant de la première structure (20) prenant appui sur une zone d'appui de l'épaulement située dans un plan d'interface entre la cavité et le premier trou.
2. Système électromécanique selon la revendication 1 comportant en outre un capot de protection (40) agencé sur la face supérieure (3) du substrat (1).
3. Système électromécanique selon la revendication 2 le capot de protection (40) étant métallique.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une structure de connexion entre ladite zone conductrice (16) située sur la face inférieure du substrat (1) et une zone conductrice (22) de la première structure (20), la structure de connexion comprenant au moins un élément conducteur (17, 57) traversant le substrat (1).
5. Système électromécanique selon la revendication 4, dans lequel la structure de connexion comprend au moins un fil conducteur (27) traversant le premier trou (12) et reliant une zone conductrice (14) située sur la face supérieure (3) du substrat (1) et une zone conductrice (22) de la première structure (20).
6. Système électromécanique selon la revendication 4, dans lequel l'élément conducteur (57) traversant le substrat a une forme recourbée, l'élément conducteur étant agencé de sorte à connecter la zone d'appui de l'épaulement et ladite zone conductrice (16) située sur la face inférieure (5) du substrat (1).
7. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'élément sensible (21) est disposé du côté de la face avant de la première structure (20).
8. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 7, dans la première structure et la deuxième structure sont intégrées à un même support.
9. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la première structure (20) est intégrée à un premier support (20), la deuxième structure (30) est intégrée à un deuxième support distinct du premier support, le deuxième support étant disposé dans une deuxième cavité (112) débouchant au niveau de la face inférieure (5) du substrat (1), la deuxième cavité (112) communicant avec un deuxième trou (113), le deuxième trou (113) ayant une largeur inférieure à celle de la deuxième cavité et débouchant au niveau de la face supérieure (3) du substrat (1).
10. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la première structure (20) est intégrée au premier support, la deuxième structure (30) est intégrée à un deuxième support, distinct du premier support, le deuxième support (30) étant disposé dans une autre cavité (412) distincte de la première cavité, l'autre cavité (412) débouchant au niveau de la face supérieure (3) du substrat (1).
11. Système électromécanique selon l'une des revendications 9 ou 10, dans lequel le premier support est connecté à une face avant du deuxième support par l'intermédiaire d'au moins un fil conducteur (67) traversant le premier trou (123), le deuxième support étant connecté au substrat (1) par l'intermédiaire d'au moins un autre fil conducteur (77).
12. Système électromécanique selon la revendication 11, le fil conducteur (67) et/ou l'autre fil conducteur (77) étant connecté(s) à un élément (87a, 87b) traversant le deuxième support.
13. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel la première cavité forme un port d'entrée d'ondes acoustiques.
14. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel le substrat est à base d'un matériau polymère ou céramique.
15. Procédé de réalisation d'un système selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel la première structure est intégrée à un premier support (20), le procédé comprenant un assemblage du premier support (20) dans la cavité (12), la première structure et le substrat (1) étant en particulier assemblés par collage ou soudage dans la cavité (12).
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