FR2461939A1 - Transducteur de pression et procede de fabrication d'un tel transducteur - Google Patents

Abstract

A.TRANSDUCTEUR DE PRESSION PERFECTIONNE ET PROCEDE DE FABRICATION. B.DE MANIERE GENERALE, LE TRANSDUCTEUR EST REALISE A PARTIR DE PLAQUETTES 12, 14 ET 16 ET EST CONCU POUR APPORTER LES AVANTAGES DES TRANSDUCTEURS DE TYPE A POUTRELLE ET DE TYPE A DIAPHRAGME DIFFUSE TOUT EN REDUISANT OU ELIMINANT DE NOMBREUX INCONVENIENTS. LE PRODUIT EST CONCU DE FACON A PERMETTRE DE REALISER UN GRAND NOMBRE D'ENSEMBLES INDIVIDUELS SUR UN SEUL ENSEMBLE COMPOSE AVEC UNE REPRODUCTIVITE RELATIVEMENT ELEVEE ET POUR UN COUT RELATIVEMENT BAS. C.APPLICATION POUR JAUGE DE CONTRAINTE.

Description

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01.

La présente invention concerne de manière générale les transducteurs de pres-

sion et a trait notamment aux transducteurs de pression à semi-conducteur pour

jauge de contraintes.

Deux transducteurs de pression à semi-conducteur pour jauge de contraintes sont (1) le transducteur de pression de type à poutrelle, tel que celui décrit dans le brevet américain n0 3.611,767 délivré au nom de J. P. A. Pugnaire le 12 octobre 1971 et (2) le transducteur de pression de type à diaphragme diffusé tels que ceux décrits dans l'ouvrage Transducers, Pressure and Temperature, 1974,

catalogue de transducteurs de pression et de température à circuit intégré pu-

blié par la Société dite National Semiconductor Corporation de Santa Clara, Cali-

fornia. Le transducteur de type à poutrelle, tel que celui représenté dans le brevet

Pugnaire, comprend de manière générale un diaphragme usiné faisant partie inté-

grante d'un boîtier ou réalisé comme élément séparé et supporté par un boîtier.

Une poutrelle de défection est usinée comme partie intégrante d'une structure de support, ou est supportée par un tel support constitué par exemple bar un anneau

apte à s'emboiter dans le boîtier de façon qu'une déviation du diaphragme provo-

que une déviation de la poutrelle. Au moins deux petites barres semiconductrices

dopées en germanium ou silicium sont collées sur les côtés opposés de la poutrel-

le de détection, le long de celle-ci, de sorte que l'une des barres soit soumise

à une compression et l'autre à une tension lorsque le diaphragme provoque une dé-

viation de la poutrelle. Les barres forment deux éléments de jauge de contraintes qui sont ensuite incorporées dans un pont de Wheatstone en connectant les deux barres l'une à l'autre et à deux résistances externes complémentaires. Dans ce dernier cas, l'ensemble constitue une configuration en pont à moitié active. En

variante, on peut prévoir une configuration en pont entièrement active() en col-

lant deux barres sur chaque côté de la poutrelle de sorte que deux soient sous

compression et deux sous tension lorsque la poutrelle dévie en réponse à une dé-

viation du diaphragme et (2) en connectant de manière appropriée les deux barres de façon à former le pont de Wheatstone. Dans les deux configurations à moitié active et entièrement active, l'application d'une pression sur le diaphragme

provoque une déviation de la poutrelle de détection proportionnelle à la pres-

sion appliquée. Cette déviation provoque, à son tour, une modification de la résistivité des barres semi-conductrices collées sur la poutrelle, ce qui a pour résultat une tension ou un courant de sortie du pont de Wheatstone, sortie

qui est proportionnelle à la pression appliquée.

Un transducteur à semi-conducteur de type à diaphragme diffusé pour jauge

de contraintes comprend un diaphragme réalisé par attaque chimique dans un subs-

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02. trat de silicium, et jauges à semi-conducteursétant diffusées par des techniques

de fabrication de semi-conducteux standard dans la surface du diaphragme de sili-

cium. Les jauges à semi-conducteur (réalisées par exemple par diffusion d'impure-

tés de Bore dans le substrat de silicium) sont réalisées typiquement selon une configuration en pont de Wheatstone de manière appropriée, de sorte que, lors

qu'une pression est appliquée sur le diaphragme, la pression a pour effet de pro-

voquer une contrainte et, par conséquent, des modifications piezorésistives des jauges diffusées semblables à celles du transducteur de type à poutrelle décrit

ci-dessus. Il en résulte une sortie électrique en réponse à la pression appli-

quée et proportionnelle à elle. De manière générale, le diaphragme diffusé peut

être fabriqué en grande série, par exemple, en diffusant des jauges sur une pla-

quette de silicium à une pluralité d'emplacements de façon à réaliser une con-

figuration en pont de Wheatstone à chaque emplacement. La plaquette est soumise

à une attaque chimique sélective pour former un diaphragme (typiquement d'une é-

paisseur de 0,0254 mm) à chaque emplacement par la mise en oeuvre de techniques

standard. La plaquette est ensuite découpée en dés pour réaliser un seul dia-

phragme par dé. Le dé peut être collé sur un substrat de support, tel que du ver-

re ou du silicium, pour obtenir une chambre ou orifice de référence entre le diaphragme et le substrat. Le procédé d'assemblage diaphragme-substrat peut être

effectué sous vide, de façon à obtenir une cellule de référence sous vide de ty-

pe à pression, obtenant ainsi un détecteur de pression absolue. En variante, on

peut prévoir un petit trou dans le substrat pour mettre la cavité en communica-

tion avec l'atmosphère afin d'obtenir un transducteur de pression manomètrique.

Un avantage qu'apporte le transducteur de type à poutrelle est qu'il permet

une flexibilité de conception en vue de diverses applications. En outre, le dia-

phragme peut être réalisé à partir de divers matériaux résistant à la corrosion, par exemple l'acier inoxdable, le cuivre à béryllium, l'inconel X, le monel, etc. Le module de détection peut être ainsi protégé vis à vis du milieu mesuré en choisissant un matériau approprié à l'application envisagée. La gamme de mesures

du dispositif peut être aisément modifiée en changeant l'épaisseur du diaphragme.

L'inconvénient majeur de ce type de construction, toutefois, est le coût de fa-

brication relativement élevé comparativement à celui d'un transducteur à dia-

phragme diffusé. En outre, la conception d'un transducteur de type à poutrelle, comme on l'a décrit, nécessite des pièces usinées individuellement (diaphragme,

poutrelle, et accessoires) qui doivent être toutes assemblées individuellement.

L'automatisation des procédures d'assemblage nécessite des mécanismes spéciale-

ment conçus qui ne sont pas toujours disponibles, et doivent être par consé-

quent réalisés sur commande. Le prix minimum final serait toujours supérieur au

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03.

prix désiré.

L'avantage principal du type à semi-conducteur diffusé pour jauge de con-

trainte est son coût de fabrication apparemment faible. Des centaines de détec-

teurs peuvent être fabriqués à partir d'une seule plaquette de silicium par la mise en oeuvre de techniques de fabrication de circuits intégrés relativement standard. Toutefois, le diaphragme est en silicium, qui n'est pas nécessairement

compatible avec les milieux mesurés. Plus précisément, pour de nombreuses applica-

tions les milieux mesurés doivent être en contact avec les éléments essentiels du dispositif, par exemple les conducteurs des jauges diffusées, les résistances complémentaires etc... Il en résulte une limitation de l'utilité du dispositifde base. Les éléments sont souvent revêtus d'une couche de protection, telle que le parylène, compatible avec de nombreuses applications. Toutefois, même avec une

telle couche de protection, du fait que les jauges sont disposées dans le dia-

phragme mince, elles sont souvent influencées par les températures des milieux

mesurés qui entrent directement en contact avec le diaphragme. D'autres problè-

mes associés au transducteur de type à diaphragme diffusé sont rencontrés lors de

la fabrication. Par exemple, des fabricants ont rencontré des problèmes de rende-

ment, c'est à dire le manque de reproductibilité d'un ensemble de transducteurs

à l'autre, ce qui conduit à des coûts de fabrication plus élevés.

En conséquence, un but de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de fabrication de transducteurs de pression à semiconducteur pour jauge de contrainte qui conserve sensiblement tous les avantages des deux types de dispositif de l'art antérieur, tout en réduisant ou sensiblement éliminant

les inconvénients de chacun d'eux.

Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné

de fabrication de transducteurs de pression à semi-conducteur pour jauge de con-

trainte qui peuvent être aisément réalisés sous forme de structure mécanique in-

trinséquement reproductible pour un coût relativement faible.

Un autre but de la présente invention est de fournir un procédé perfection-

né bon marché pour la fabrication de transducteurs à semi-conducteur pour jauge de contrainte, procédé gui permet de fabriquer le transducteur en grande série

en lots comprenant un grand nombre de dispositifs; ce dont il résulte une fabri-

cation d'ensembles permettant des tolérances plus étroites d'un ensemble à l'autre que les techniques actuelles, assurant ainsi un meilleur rendement et

des ensembles qui sont reproductibles; et ce qui permet d'obtenir des transduc-

teurs moins sensibles à des tolérances absolues que les transducteurs de type à

diaphragme diffusé.

Pour atteindre ces buts et d'autres, la présente invention a pour objet un 04. transducteur de pression perfectionné réalisé à partir de matériaux en feuilles d'épaisseurs prédéterminées. On fait comporter à l'une des feuilles au moins une

ouverture pour délimiter une poutrelle de déviation. La poutrelle est apte à por-

ter au moins deux détecteurs. Une autre feuille délimite une portion de diaphrag-

me plane et flexible recouvrant la poutrelle et fixée (1) de façon à être immobile dans son plan relativement à la poutrelle et (2) pour que (a) la poutrelle dévie en réponse à une déviation du diaphragme selon au moins une direction et (b) les

détecteurs répondent de façon à indiquer l'importance de la déviation du dia-

phragme. En utilisant des matériaux en feuilles pour réaliser le transducteur, une multitude de transducteurs peut être réalisée et assemblée simultanément à

partir de plaquettes ou feuilles principales, et ensuite découpée en transduc-

teurs individuels, par la mise en oeuvre de techniques standard de fabrication

de semi-conducteurs ou d'autres techniques connues.

Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après, à ti-

tre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue longitudinale en coupe transversale du mode de

réalisation préféré des éléments constitutifs du transducteur conforme aux prin-

cipes de la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 2-2 de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe transversale suivant la ligne 3-3 de la figure 1;

- la figure 4 est un schéma représentant le circuit électrique du transduc-

teur conforme à la présente invention;

- la figure 5 est une vue en perspective permettant de faire mieux compren-

dre une technique préférée pour la fabrication à faible coût du mode de réalisa-

tion de la figure 1;

- la figure 6 est une vue en perspective d'une modification du mode de réa-

lisation.de la figure 1 et du procédé de la figure 5; -

- la figure 7 est une vue en perspective éclatée d'un autre mode de réali-

sation des éléments constitutifs du transducteur réalisé conformément aux prin-

cipes de la présente invention; - la figure 8 est une vue en coupe transversale des éléments constitutifs assemblés, suivant la ligne 8-8 de la figure 7; et - la figure 9 est une vue en perspective éclatée permettant de faire mieux

comprendre un autre procédé de fabrication du transducteur conforme à la présen-

te invention.

Les mêmes chiffres de référence désignent, dans toutes les figures, les mê-

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05.

mes éléments ou des éléments analogues.

Dans tous les modes de réalisation décrits, les composants essentiels du

transducteur sont réalisés à partir de matériaux en feuilles, dont les épais-

seurs peuvent être aisément et rigoureusement contrôlées, et des techniques de fabrication bon marché peuvent être mises en oeuvre pour la production en gran-

de série des transducteurs avec un taux de reproductibilité relativement élevé.

Le mode de réalisation préféré représenté sur les figures i à 3 est établi de préférence avec des techniques de fabrication de semi- conducteur et d'attaque

chimique, comme cela ressortira de la description de la figure 5.

En se référant aux figures 1 à 3, les éléments du transducteur selon le mo-

de de réalisation représenté forment les éléments essentiels de l'ensemble transducteur- 10. L'ensemble 10 préféré comprend une structure stratifiée de trois couches ou feuilles 12, 14 et 16. La première couche 12, formant poutrelle, de préférence en silicium ou germanium a une épaisseur prédéterminée et comporte deux ouvertures 18 de façon à former entre elles la poutrelle de déviation 20

fixée à ses extrémités opposées 22. L'axe cristallographique du matériau semi-

conducteur de la couche formant poutrelle est choisi pour présenter des caracté-

ristiques de détection optimale (le long de la poutrelle 20). La couche intermé-

diaire ou d'écartement 14 comprend une ouverture centrale 24 et des moyens de transmission de force sous forme de pilier 26. La troisième couche 16, formant

diaphragme, est réalisée à partir d'un matériau flexible en feuilles d'une épais-

seur prédéterminée. Les couches 14 et 16 sont de préférence en un matériau pré-

sentant un coefficient de dilatation thermique voisin de celui de la feuille 12.

Dans le mode de réalisation préféré, dans lequel la feuille 12 est en silicium, les feuilles 14 et 16 peuvent être en verre à faible coefficient de dilatation, tel que la silice fondue ou un verre fabriqué par la société dite Corning Glass Wforks de Corning, New York, sous la marque Pyrex. Les couches sont assemblées de façon qu'elles soient fixées, l'une par rapport à l'autre, dans le plan et que

la couche 16 coopére avec les ouvertures 24 de la couche d'écartement 14 pour dé-

limiter une portion de diaphragme active 28. Le pilier 26 est situé pour qu'il puisse être fixé aux centres approximatifs de la poutrelle 20 et de la portion

de diaphragme 28.

La structure stratifiée des couches 12, 14 et 16 peut être logée de manière appropriée en fixant, de manière étanche, le bord périphérique de la couche du

diaphragme 16 à une extrémité de l'orifice de pression 32, tout en laissant l'au-

tre extrémité de l'orifice ouverte en 34. Un boîtier adéquat 36 est fixé sur une

extrémité de l'orifice 32 et fermé à son autre extrémité par une coiffe 38.

De préférence, une configuration en pont à moitié active est prévue, comme 06. le montre au mieux la figure 2, deux détecteurs 30, chacun étant de préférence en un matériau piézo-résistant, étant réalisé par diffusion ou par implantation d'ions ou autrement sur un côté de la poutrelle 20, c'est à dire le côté de la poutrelle 20 opposée au pilier 26 orienté latéralement. Lorsque les détecteurs sont réalisés par diffusion ou implantation d'ions, le niveau de leur dopage est choisi pour assurer des propriétés piézo-résistaxntes optimales le long de 1 'axe cristallographique. Les détecteurs 30 sont positionnés sur la poutrelle de façon

qu'un détecteur soit sous compression et l'autre sous tension lorsque la poutrel-

le 20 dévie en réponse à une déviation de la portion de diaphragme 28. En parti-

culier, le détecteur 30A est porté par la poutrelle 20 à proximité d'une extrémi-

té 22 de celle-ci de façon qu'il soit sous compression en réponse à une pression différentielle positive, c'est à dire, lorsque la pression des milieux mesurés dans l'orifice 32 dépasse la pression de référence dans le boîtier 36, et sous tension en réponse à une pression différentielle négative, c'est à dire lorsque la pression des milieux mesurés dans l'orifice 32 est inférieure à la pression

de référence dans le boîtier 36. Inversement; le détecteur 30B est disposé à pro-

ximité du centre de la poutrelle, de façon qu'il soit sous -tension en réponse à

une pression différentielle positive et sous compression en réponse à une pres-

sion différentielle négative.

Comme on le voit au mieux sur la figure 1, les détecteurs 30A et 30B sont

reliés ensemble et à des bornes adéquates 40 (dont une seule est représentée).

Comme le montre la figure 4, les bornes 40 peuvent être à leur tour connectées

à des résistances externes complémentaires 42A et 42B de façon à former un cir-

cuit en pont, les détecteurs 30A et 30B constituant deux branches du pont. Com-

me cela est bien connu, une source de courant adéquate 44 est connectée au pont aux points nodaux opposés de façon à imprimer un signal d'entrée égal, d'une part, aux deux branches combinées du pont formées par les détecteurs 30A et 30B et, d'autre partaux deux autres branches du pont formées par les résistances 42A et 42B. Comme c'est bien connu, on connecte un appareil de mesure 46 sur les autres points nodaux pour qu'une modification des résistances des détecteurs

A et 30B en réponse à une déviation de la poutrelle 20 entraîne une modifica-

tion de la lecture de l'appareil de mesure. On conçoit aisément que deux détec-

teurs supplémentaires équivalent1 respectivement aux détecteurs 30A et 30B

peuvent être portés par la poutrelle 20 de sorte que, des quatre détecteurs por-

tés par cette poutrelle, deux seront sous compression et les deux autres sous tension lors d'une déviation de la poutrelle. Dans une telle configuration, les

quatre détecteurs sont connectés de manière appropriée pour réaliser une confi-

guration en pont entièrement active. Comme cela est bien connu dans la technique,

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07. dans les deux types de configuration, le pont est équilibré selon des techniques

bien connues.

On va décrire maintenant le procédé préféré de réalisation de 1 'ensemble 10

en se référant à la figure 5. En particulier, l'ensemble 10 est réalisé par forma-

ge et assemblage de trois plaquettes 50, 52 et 54 (correspondant aux couches 12, 14 et 16 d'une pluralité d'ensembles 10) de sorte que (1) la plaquette 50 formant poutrelle comprend de multiples ouvertures 18 de façon à délimiter une pluralité de poutrelles 20, chaque poutrelle étant dotée du nombre approprié de détecteurs , (2) la plaquette d'écartement 52 comprend ure même pluralité d'ouvertures 24 et des piliers 26 positionnés de manière appropriée par rapport aux poutrelles

respectives 20 et (3) la plaquette 54 formant diaphragme comprend une même plura-

lité de portions de diaphragme 28.

De manière générale, le procédé préféré comprend une étape d'attaque chimi-

que permettant de réaliser les ouvertures 18 et 24, une étape de collage ou de

fusion permettant d'assembler les plaquettes et une étape de diffusion ou d'im-

plantation d'ions permettant de réaliser les détecteurs 30.

Plus précisément, les ouvertures 18 et 24 sont réalisées par masquage appro-

prié-desplaquettes 50 et 52 et par attaque chimique pour réaliser les ouvertures dans les plaquettes respectives 50 et 52 aux emplacements prédéterminés. Dans le mode de réalisation préféré, la plaquette 50 - en silicium ou germanium et

la plaquette 52 - en un verre à faible coefficient de dilatation peuvent ê-

tre masquées et réalisées de n'importe quelle manière connue, par exemple par attaque chimique ou par usinage par ultrasons, les deux techniques étant bien connues. Les détecteurs 30 sont diffusés dans la plaquette 50 aux emplacemnets précis et appropriés de chaque poutrelle formée dans la plaquette 50. Pour ce faire, des dopants adéquats., tels que le bore, sont incorporés par diffusion

ou implantation d'ions dans la plaquette 50 à chaque emplacement prédéterminé.

Les plaquettes 50, 52 et 54 sont assemblées, soit par collage, soit par fu-

sion sous une température relativement élevée. L'ensemble composé résultant est ensuite découpé pour obtenir des ensembles individuels 10, comme indiqué- en 56

sur la figure 5.

La séquence précise des étapes du procédé préféré est fonction, d'une part, du choix de matériaux constitutifs des plaquettes 50, 52 et 54. En général, les

plaquettes 52 et 54 sont d'abord assemblées par collage ou par fusion à tempéra-

ture élevée. Chaque ouverture 24 est ensuite réalisée par attaque chimique à l'emplacement approprié, tout en laissant chaque pilier 26 intact. Il va de soi

que la portion de diaphragme active résultante 28 n'est pas réalisée par atta-

que chimique et, par conséquent, on évite les exigences critiques, nécessaires 08. pour contrôler l'épaisseur du diaphragme, qui sont associées à la réalisation du diaphragme d'un transducteur de type à diaphragme diffusé de l'art antérieur. Si

la plaquette 50 est assemblée par fusion avec les plaquettes combinées résultan-

tes 52 et 54, l'étape suivante du procédé dépend de la température de fusion et de la température résultante de la réalisation des détecteurs 30 par diffusion ou implantation. En général, on effectue d'abord l'étape mettant en oeuvre la

température la plus élevée. Ainsi, si la température de diffusion ou d'implanta-

tion est supérieure à la température de fusion, on réalise les détecteurs 30 par diffusion ou implantation à chaque emplacement avant de réaliser la fusion, en alignement, de la plaquette 50 et de la plaquette gravée 52, ce pour éviter la séparation des couches. Par contre, si la fusion s'effectue à une température

plus élevée, la plaquette non gravée 50 est assemblée par fusion avec la plaquet-

te gravée 52. Les détecteurs sont ensuite réalisés par diffusion ou implanta-

tion d'ions aux emplacements précis. Dans les deux méthodes, la plaquette non gravée 50 sera mise en place par rapport à la plaquette gravée 52 pour que les détecteurs se situent dans les positions correctes. Les poutrelles individuelles sont ensuite réalisées individuellement en réalisant des ouvertures 18 par

attaque chimique dans l'ensemble composé résultant. Cet ensemble composé résul-

tant est ensuite découpé pour obtenir les ensembles individuelles 10.

Les ensembles découpés résultants1O peuvent être fixés de manière appropriée

à l'orifice de pression 32, par exemple par fusion ou par collage des bords péri-

phériques de la couche 28 formant diaphragme sur l'extrémité de l'orifice. Le boîtier 36 peut être ensuite fixé en position et les détecteurs 30 peuvent être connectés les uns aux autres ainsi qu'à des bornes 40, après quoi la coiffe 38 est mise en place. Le boitier peut être rendu étanche de façon à assurer une pression de référence prédéterminée du transducteur (par exemple un vide), ou

peut être mis à l'air libre.

Bien que l'on vient de décrire un mode d'exécution préféré du transducteur et de son procédé, on peut y apporter plusieurs modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Par exemple, comme on le voit sur la figure 6, une multitude d'orifices de pression 32A peut être réalisée à partir d'une seule plaquette 59, de préférence en verre tel que la silice fondue, par exemple par

attaque chimique ou par usinage à ultrasons de la plaquette aux emplacements sé-

lectionnés de façon à former des cavités 60, une pour chaque ensemble 10, sur un côté de la plaquette. La plaquette est encoresomuse à une attaque chimique ou à une opération d'usinage pour réaliser une ouverture de mise à l'air libre 62 reliant chaque cavité avec le côté opposé de la plaquette 60.. Lors -des étapes de formage et d'assemblage des plaquettes 50, 50, 52 et 54, la plaquette gravée

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09. 58 est assemblée par exemple, par collage ou par fusion avec la plaquette 54 de façon que chaque cavité 60 soit en face d'une portion de diaphragme respectif 28 qu'elle circonscrit. L'étape qui consiste à assembler la plaquette 58 avec la plaquette 54 peut être aisément effectuée en suivant les étapes d'assemblage de la plaquette 50 avec la plaquette 52 et du formage des ouvertures 24. Les étapes restantes de formage et d'assemblage des ensembles 10 seraient comme on l'a déjà décrit en regard de la figure 5, de façon que, lorsque l'ensemble

composé stratifié est ultérieurement découpé en ensembles individuels 10, cha-

cun de ceux-ci comprenne un orifice de pression 32A équivalent à l'orifice de

pression 32 de la figure 1.

En outre, bien que le transducteur proposé soit réalisé à partir de matériaux semi-conducteurs et selon des techniques semi-conductrices, on conçoit aisément que d'autres matériaux et techniques peuvent être mis en oeuvre. Par exemple, les

plaquettes 50 et 52 peuvent être en métaux ou en alliage de métaux tels que l'a-

cier inoxydable et le cuivre à béryllium, respectivement et peuvent être pressés à chaud, braisés par voie métallurgique, collées ou assemblées d'une autre façon pour réaliser une construction stratifiée à deux couches. Les ouvertures 24 et les orifices 26 peuvent être ensuite réalisés par attaque chimique sélective du

cuivre à béryllium à l'aide de n'importe quel produit d'attaque, tel-que le fer-

richlorure, qui sera inerte vis à vis de la plaquette d'acier inoxydable 54. De

manière analogue, la plaquette 50 peut être réalisée en un métal tel que le cui-

vre à béryllium et les détecteurs 30 peuvent être en conséquence collés sur pla-

ce, et les ouvertures 18 peuvent être aisément réalisées par attaque chimique à l'aide de ferrichlorure. En outre, on peut mettre en oeuvre d'autres techniques destinées au formage des ouvertures 18 et 24. Par exemple, comme on le voit sur

les figures 7 à 9, les plaquettes individuelles 50A et 52A peuvent être en un mé-

tal ou un alliage de métaux, tels que le cuivre à béryllium, et des ouvertures 18A et 24A peuvent être réalisées par une opération d'emboutissage. Dans le mode

de réalisation représenté, les piliers'26 sont supprimés et les ouvertures cir-

culaires 24A sont réalisées dans la plaquette 52A,les moyens de transmission de force étant réalisés par estampage des ouvertures 18A effectués de façon qu'au

moins une, et de préférence deux, oreilles métalliques pliables 62 fassen. t corps-

avec le centre approximatif de chaque poutrelle 18A. Les plaquettes 50A, 52A et 54A peuvent être ensuite assemblées en couches parbrasage métallurgique, collage,

pressage à chaud ou autre technique analogue connue. Dans ce dernier mode de réa-

lisation, les oreilles individuelles peuvent être pliées par rapport à chaque

poutrelle avant l'étape de mise en couches, de façon à ce qu'elles soient en con-

tact avec le centre approximatif de la portion de diaphragme 28 lors de l'étape

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de mise en couches. La plaquette entiére composée peut être ensuite découpée pour obtenir les ensembles individuels, chaque ensemble étant fixé sur un orifice de pression 32, comme on le voit au mieux sur les figures 7 et 8.

La conception de l'ensemble conforme à l'invention permet une économie sur le coût du fait que les transducteurs peuvent être fabriqués en lots comprenant une pluralité d'ensembles, par exemple 100 ou plus par ensemble composé. Un autre

avantage apporté par la conception de l'ensemble est que, en plus du leur fabri-

cation bon mdrché en lots comprenant plusieurs ensembles, chaque ensemble indivi-

duel peut être fabriqué selon des tolérances plus astreignantes qu'avec les tech-

niques actuelles, ce qui a pour conséquence un rendement plus élevé. On arrive à ce résultat du fait que l'épaisseur de la portion de diaphragme 28 peut être maintenue dans des limites extrêmement étroites du fait qu'il n'est pas besoin

de la réaliser par attaque chimique comme c'est le cas du diaphragme du transduc-

teur à diaphragme diffusé. En général, il est relativement plus aisé de réaliser 5. par attaque chimique ou par tout autre moyen les ouvertures 18 et 24 conformes à la présente invention que de réaliser le.diaphragme diffusé conforme à l'art antérieur, tout en faisant app8l à la même technologie de production élevée. Les

matériaux choisis pour constituer les plaquettes 50, 52 et 54 peuvent être choi-

sis pour présenter des paramètres différents vis à vis de l'attaque chimique, de 7. façon à permettre de percer la plaquette 52 par attaque chimique tout en' laissant

la plaquette 54 inchangée. En outre, les détecteurs sont mieux isolés thermique--

ment vis à vis des milieux mesurés dans l'orifice de pression 32 <étant:-.

sépardspar la portion de diaphragme 28, la couche 14 eL la plupart de la couche 16 comparativement au diaphragme mince, ayant une. épaisseur typique de 0,0254 En i pour un transducteur de type à diaphragme diffusé). . En outre, la géométrie de l'ensemble conforme à la présente invention est moins sensible à des tolérances

absolues que celle-.. du transducteur de type à diaphragme diffusé de l'art anté-

rieur, grâce au fait que les plaquettes peuvent être réalisées dans des limites étroites. Par exemple, on croit pouvoir obtenir les résultats suivants-avec un

ensemble transducteur de type à semi-conducteurs comprenant des détecteurs dif-

fusés pour un dispositif allant jusqu'à o105 Pa, la contrainte moyenne par détecteur étant de 700T/m L'ensemble à semi-conducteurs réalisé selon la technique décrite en regard de la figure 5 aurait une sensibilité. estimée d'un ensemble

à l'autre inférieure à * 10. de la valeur nominale.-

Si l'on compare ce résultat avec un ensemble transducteur de type à diaphrag-

me diffusé de l'art antérieur réalisé selon les mêmes dimensions et les mêmes exigences de conception, la sensibilité par ensemble serait d'environ - 44% de la surface de détection sur le diaphragme d'une épeaisseur de

*4 6 1 93 9

11. 0,0254 mm. Les dimensions que l'on vient de citer permettent d'obtenir environ ensembles à partir d'un seul ensemble composé d'un diamètre de 7,62 cm. On

peut entreprendre d'autres études avec des ensembles pour lesquels les détec-

teurs sont collés sur la poutrelle. Les exigences de tolérance sont toujours moins astreignantes si l'on choisit un rapport correct épaisseur de diaphragme/

épaisseur de poutrelle.

Il va de soi que, bien que l'on vienne de décrire la poutrelle 16 comme étant fixée par les deux extrémités, on peut prévoir en variante une seule ouverture

réalisée de façon à avoir une poutrelle en porte-à-faux fixée par une seule ex-

trémité. En outre, on peut supprimer la couche 14, auquel cas seules les plaquet-

tes 50 et 54 constituent l'ensemble composé initial. Dans ce dernier cas, la for-

me de la poutrelle serait modifiée, de façon que les détecteurs portés par la

poutrelle fournissent la réponse désirée lorsque la poutrelle dévie.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au pro-

cédé et à l'appareil décrit et représenté, sans pour autant sortir du cadre de

1 'invention.

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Claims (32)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un transducteur de pression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - formage et assemblage d'un ensemble composé de trois plaquettes (50,52,54), la première plaquette (50) comportant une multiplicité d'ouvertures (18)

de façon à délimiter un certain nombre de poutrelles (20) selon une disposi-

tion prédéterminée, la seconde plaquette intermédiaire (52) comportant un même nombre de secondes ouvertures (24) circonscrivant chacune une poutrelle respective et délimitant une portion de diaphragme active (28) correspondante avec la troisième plaquette (54); et

- découpage de l'ensemble composé de façon à obtenir un meme nombre d'ensem-

bles (10) comprenant chacun une poutrelle (20), une seconde ouverture (24)

et une portion de diaphragme active (28).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape

de formage et d'assemblage comprend les étapes d'assemblage en couches de la-

seconde plaquette (52) et de la troisième plaquette (54) et l'attaque chimi-

que sélective de la seconde plaquette (52) de façon à réaliser les secondes

ouvertures (24) dans la seconde plaquette (52).

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape d'attaque chimique comprend la réalisation d'un pilier (26) au centre de

chacune desdites secondes ouvertures (24).

4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de formage et d'assemblage comprend en outre l'6tape.d'assemblage en couches

de la première.plaquette (50) et de la seconde plaquette (52) gravée.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de diffusion d'au moins deux détecteurs piézo-résistants

(30A; 30B) dans chacune desdites poutrelles (20).

6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de réalisation, par implantation d'ions, d'au moins deux

détecteurs piézo-résistants (30A; 30B) dans chacune desdites poutrelles (20).

7. Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce qu'il comprend en outre l'étape de formage d'un meme nombre de cavités (60) sur un côté d'une quatrième plaquette (58) selon ladite disposition prédéterminée et à assembler en couches la quatrième plaquette (58) et la troisième plaquette (54) de façon que chacune desdites cavités (60) circonscrive une portion de diaphragme (28) respective, et en ce que l'étape de découpage comprend le découpage de l'ensemble composé à quatre couches de façon que chaque ensemble comprend en

outre un orifice de pression (32).

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de

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formage et d'assemblage comprend l'étape d'estampage des première et seconde plaquettes (50,52) de façon à former les ouvertures multiples (18) et les

secondes ouvertures (24).

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape d'estampage comprend le formage d'au moins une oreille (62) solidaire du centre approximatif de chacune desdites poutrelles (20), et en ce qu'il comprend en outre l'étape de pliage de chacune desdites oreilles (62) pour qu'elles entrent en contact avec le centre approximatif de la portion de diaphragme (28) correspondante de chaque ensemble (10) lors du découpage

dudit ensemble composé.

10.Transducteur de pression caractérisé en ce qu'il comprend - une première plaquette (50) de matériau comprenant au moins deux ouvertures (18) réalisées de façon à former une poutrelle (20) entre elles, - au moins deux détecteurs de contrainte (30A; 30B) disposés de façon à pouvoir répondre à la déviation de ladite poutrelle (20); et - une seconde plaquette (54) recouvrant la première plaquette (50) et fixée de façon immobile relativement à la première plaquette le long du plan de la première plaquette, au moins une portion de la seconde plaquette formant un diaphragme flexible (28) qui recouvre ladite poutrelle (20) et qui est 2-0 disposée de façon que (a) ladite poutrelle dévie en réponse à une déviation du diaphragme dans au moins une direction, et (b) les détecteurs (30) répondent

de façon à indiquer l'importance de la déviation du diaphragme.

11. Transducteur selon la revendication 10, caractérisé-en ce qu'il comprend en outre une troisième plaquette (52) de matériau d'une épaisseur prédéterminée et disposée entre les première et seconde plaquettes (50 et 54-), la troisième plaquette (52) comprenant une ouverture (24) coopérant avec

ladite portion de la seconde plaquette de façon à former ledit. diaphragme (28).

12. Transducteur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de transmission de force (26) disposés dans l'ouverture (24) de la troisième plaquette (52) pour transmettre une force du diaphragme (28) à ladite poutrelle (20) lorsque le diaphragme dévie au moins

dans ladite direction.

13. Transducteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que la

poutrelle (20) est fixée à ses deux extrémités (22), et les moyens de trans-

mission de force (26) relient le centre approximatif de ladite poutrelle au

centre approximatif dudit diaphragme (28).

14. Transducteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de transmission de force (26) comprennent au moins une oreille (62) solidaire de ladite poutrelle (20), cette oreille s'étendant à partir de la

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poutrelle à travers ladite ouverture (24) jusqu'au diaphragme (28).

-. Transducteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que les détecteurs (30A; 30B) sont disposés sur ladite poutrelle (20) de façon qu'au moins un des détecteurs soit sous compression et l'autre des détecteurs soit sous tension lorsque la poutrelle dévie en réponse à une déviation du

diaphragme (28).

16. Transducteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que

les détecteurs (30A; 30B) sont collés sur la poutrelle (20).

17. Transducteur selon la revendication 15, caractériséen ce que la première plaquette de matériau (50) est un matériau semi-conducteur.' 18. Transducteur selon la revendication 17, caractérisé en ce que les

détecteurs (30A; 30B) sont diffusés dans la poutrelle (20).

19. Transducteur selon la revendication 18, caractérisé en ce que les détecteurs (30A; 30B) sont réalisés par implantation d'ions dans ladite

poutrelle (20).

20. Procédé de fabrication d'un transducteur de pression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: - formage et assemblage de première et seconde couches (12; 16) de matériau

respectivement d'une première épaisseur et d'une seconde épaisseur détermi-

nées de façon que (1) la première couche (12) comprenne uu moins une ouverture (18) afin de former une poutrelle flexible (20) apte à supporter au moins deux détecteurs de contrainte (30A; 30B) et (2) les couches (12; 16) se recouvrent de manière à;tre fixes et immobiles le long du plan de la première couche (12) et (3) au moins une portion de la seconde couche (16) constitue un diaphragme flexible (28) de la seconde épaisseur prédéterminée, ce diaphragme (28) recouvrant la poutrelle (20) et étant disposé de sorte que (a) la poutrelle dévie en réponse à une déviation du diaphragme (28) dans au moins une direction et (b) les détecteurs (30A; 30B) répondent de façon à indiquer

l'importance de la déviation du diaphragme (28). -

21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce que les étapes de formage et d'assemblage comprennent en outre l'étape qui consiste à former une troisième couche (14) d'une troisième épaisseur prédéterminée de façon à avoir une seconde ouverture (24) et à disposer cette troisième couche (14) entre les première et seconde couches (12; 16) pour que ladite seconde

ouverture (24) délimite ledit diaphragme (28) avec la seconde couche (16).

22. Procédé selon la revendication 21, caractérisé en ce que l'étape - de formage et d'assemblage comprend en outre l'étape qui consiste à former des moyens de transmission de force (26) et assembler les première, seconde et troisième couches (12; 14; 16) de façon que les moyens de transmission

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de pression transmettent une force entre le diaphragme (28) et lapoutrelle

(20) lorsque le diaphragme dévie dans au moins ladite direction.

23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que les moyens de transmission de force (26) font partie intégrante d'une desdites première et troisième couches (12; 16) et s'étendent dans la seconde ouverture

(24) de la troisième couche (14) entre le diaphragme (28) et la poutrelle (20).

24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'étape de formage des moyens de transmission de force (26) s'effectue en même temps que l'étape de formage de la seconde ouverture (24) de la troisième

couche (14).

25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce que l'étape de formage des moyens de transmission de force (26) comprend les étapes qui consistent à assembler en couches la troisième couche (14) et la seconde couche (16) et à enlever une portion de la troisième couche (14)-de façon à réaliser la seconde ouverture (24) et un pilier-de transmission de force

(26) disposé dans la seconde ouverture.

26. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que l'étape de formage des moyens de transmission de force (26) comprend l'étape de

formage d'au moins une ouverture (18) dans la première couche (12).

27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que l'étape de formage des moyens de transmission de force (26) comprend l'étape qui consiste à former au moins une oreille pliable (62) solidaire de la poutrelle (20) et à plier cette oreille pour qu'elle traverse la seconde ouverture (24)

et aboutisse à proximité du diaphragme (28).

28. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape qui consiste à coller les détecteurs (30A; 30B)

sur la poutrelle (20).

29. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend

l'étape de diffusion des détecteurs (30A; 30B) dans la poutrelle (20).

30. Procédé selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de réalisation des détecteurs (30A; 30B) par implantation

d'ions dans la poutrelle (20).

31. Procédé de formage d'un diaphragme flexible utilisable dans un transducteur de pression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de formage et d'assemblage de deux couches (14; 16) de façon que l'une des couches (1.4) comprenne une ouverture (24) qui coopère avec l'autre couche (16)

afin de délimiter ledit diaphragme (28).

32. Procédé selon la revendication 31, caractérisé en ce que les étapes de formage et d'assemblage des deux couches (14; 16) comprennent les étapes qui consistent à assembler les couches sous forme stratifiée et à

réaliser l'ouverture.(24) dans la première couche (14) par attaque chimique.

33. Procédé selon la revendication 31, caractérisé en ce que les étapes de formage et d'assemblage des deux couches (14; 16) comprennent les étapes qui consistent à assembler lesdites couches sous forme stratifiée et à réaliser ladite ouverture (24) dans la première couche (14) par

usinage par ultrasons.

34. Procédé selon la revendication 31, caractérisé en ce que les étapes de formage et d'assemblage des deux couches (14; 16)comprennent l'estampage de la première couche (14) de façon à réaliser ladite ouverture

(24) et à assembler en stratifié lesdites couches.