FR2817341A1 - Capteur de pression comportant une plaquette a semiconducteurs - Google Patents
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Abstract
Dans ce capteur comportant un boîtier (10), sur lequel est placée une plaquette à semiconducteurs (30) mesurant une différence entre des pressions appliquées aux surfaces avant et arrière de la plaquette et des passages d'introduction (21, 22) pour les pressions, la surface avant est recouverte par un premier élément de protection (70) et un passage (41, 22a, 22b) formé dans le passage (22) et aboutissant à la surface arrière est rempli par un second élément de protection (80).Application notamment aux filtres à carburant de moteurs diesel.
Description
CAPTEUR DE PRESSION COMPORTANT UNE PLAQUETTE A
SEMICONDUCTEURS
La présente invention concerne un capteur de pression détectant une différence entre les pressions
appliquées aux deux surfaces d'une plaquette à semiconduc-
teurs du capteur.
Des exemples de capteurs de pression de ce type
sont décrits dans JP-A-9-43085, JP-A-3-237332 et JP-A-11-
241970. Un capteur de pression classique décrit dans ces publications inclut une plaquette à semiconducteurs du type à membrane montée sur un boîtier. Une première pression est appliquée sur une surface avant de la plaquette du capteur et une seconde pression est appliquée à la surface arrière de la plaquette, et une différence de pression entre les première et seconde pressions est détectée en tant que signal électrique. Un circuit électrique servant à convertir la différence de pression en le signal électrique est formé sur la surface avant de la plaquette du capteur et la surface arrière de la plaquette du capteur est fixée
au boîtier du capteur par l'intermédiaire d'un substrat.
La surface avant de la plaquette du capteur, sur laquelle le circuit électrique est formé, est recouverte par un élément de protection formé de caoutchouc, d'un gel
ou analogue servant à protéger le circuit électrique vis-à-
vis de poussières ou de l'humidité. Cependant la surface arrière de la plaquette du capteur n'est pas recouverte. Un passage arrière introduisant la seconde pression appliquée à la surface arrière de la plaquette du capteur est très
étroit par rapport à un passage avant introduisant la pre-
mière pression appliquée à la surface avant. C'est pourquoi la surface arrière de la plaquette du capteur doit être fixée par collage sur le boîtier du capteur. Le passage arrière étroit tend à être obstrué par des particules étrangères incluant des poussières et de l'humidité lorsque le capteur de pression est utilisé dans des atmosphères défavorables étant donné que le passage arrière n'est pas protégé vis-à-vis de l'atmosphère. Le boîtier du capteur peut être brisé par l'humidité condensée, dans le pire des cas. Si le passage arrière est obstrué par des particules étrangères, le capteur de pression ne fonctionne pas correctement. La présente invention a été mise au point compte tenu du problème mentionné précédemment et un but de la présente invention est de fournir un capteur de pression perfectionné, qui détecte de façon précise la différence
entre les pressions appliquées aux deux surfaces de la pla-
quette du capteur même lorsque le capteur de pression est
utilisé dans des atmosphères défavorables.
Une plaquette à semiconducteurs du capteur, qui
possède une surface avant et une surface arrière, est mon-
tée sur et contenue dans un boîtier. Le boîtier inclut un premier passage, par lequel une première pression est introduite, et le second passage, par lequel une seconde pression est introduite. La première pression est appliquée à la surface avant de la plaquette du capteur, tandis que la seconde pression est appliquée à la surface arrière. Une différence entre les première et seconde pressions est détectée par la plaquette du capteur et est convertie en un signal électrique. Le capteur de pression est utilisé par exemple en tant que capteur pour détecter l'obstruction ou le colmatage des mailles d'un filtre à particules pour le
carburant diesel.
Un diaphragme mince est formé sur la surface avant de la plaquette du capteur par création d'une cavité à partir de la surface arrière. Le diaphragme se déforme entre les première et seconde pressions et la déformation
est convertie en un signal électrique. La plaquette du cap-
teur est montée sur le boîtier au moyen d'un substrat rac-
cordé à la surface arrière de la plaquette du capteur. La
seconde pression est appliquée au diaphragme de la pla-
quette du capteur par l'intermédiaire d'un petit trou tra-
versant formé dans le substrat. La surface avant de la plaquette du capteur est recouverte par un premier élément de protection servant à protéger cette plaquette vis-à-vis de particules étrangères telles que des poussières et de l'humidité contenues dans des gaz tels que des gaz d'échappement. La surface arrière de la plaquette du capteur est également recouverte par un
second élément de protection servant à protéger cette pla-
quette vis-à-vis des particules étrangères. Le petit trou traversant formant le substrat est raccordé à un passage arrière qui inclut un passage pour la pression possédant une surface en coupe transversale relativement petite et une partie en renfoncement possédant une surface en coupe
transversale étendue. Le second élément de protection rem-
plit à la fois le petit trou traversant formé dans le subs-
trat et le passage arrière. La seconde pression est tout d'abord reçue par une surface étendue du second élément de protection qui remplit la partie en renfoncement, puis est transférée à la surface arrière de la plaquette du capteur par l'intermédiaire du second élément de protection qui remplit le passage arrière et le petit trou traversant. De
cette manière, la surface arrière de la plaquette du cap-
teur est protégée de façon sûre vis-à-vis de l'humidité des
poussières contenues dans les gaz.
Les premier et second éléments de protection sont constitués par un matériau récepteur ou hâte, comme par exemple du gel de fluorosilicone ou du gel à base de fluor et de l'huile ajoutés au matériau récepteur. De préférence l'huile du même type que le matériau récepteur est ajoutée à ce matériau récepteur. Etant donné que le second élément de protection remplit le petit trou traversant tandis que
le premier élément de protection recouvre une zone relati-
vement étendue, on ajoute au second élément de protection
une plus grande quantité d'huile que celle ajoutée au pre-
mier élément de protection de manière à rendre le second élément de protection plus souple. Par exemple on ajoute au second élément de protection une quantité de plus de 30
pour cent d'huile que pour le matériau récepteur.
L'un ou l'autre du premier passage d'introduction de gaz et du second passage d'introduction de gaz est agencé sous la forme d'un entonnoir qui s'étend dans une direction perpendiculaire à la surface de la plaquette du capteur. De l'humidité condensée dans le passage d'introduction de gaz peut être aisément évacuée le long
d'une paroi conique du passage en forme d'entonnoir.
L'angle de conicité de la paroi conique par rapport à la surface de la plaquette du capteur est choisi supérieur à
degrés et de préférence supérieur à 45 degrés.
Conformément à la présente invention, la surface arrière de la plaquette du capteur est protégée par le second élément de protection, en plus de la protection de la surface avant par le premier élément de protection. Par conséquent la plaquette du capteur est protégée de façon sûre vis-à- vis de poussières et de l'humidité contenues dans les gaz introduits dans le boîtier du capteur, et de ce fait le capteur de pression détecte de façon précise la
pression qui lui est appliquée.
De façon plus précise l'invention concerne un capteur de pression comportant un bottier,
une plaquette de capteur à semiconducteurs possé-
dant une surface avant et une surface arrière, la plaquette de capteur à semiconducteurs étant montée sur le boîtier
par raccordement de la surface arrière au boîtier et mesu-
rant une différence entre une première pression appliquée à la surface avant et une seconde pression appliquée à la surface arrière,
un premier passage d'introduction pour la pres-
sion formé dans le boîtier et par lequel la première pres-
sion est appliquée à la surface avant, un second passage d'introduction pour la pression formé dans le boîtier et par lequel la seconde pression est appliquée à la surface arrière, caractérisé en ce que la surface avant est recouverte par un premier élément de protection, et un passage formé dans le second passage d'introduction pour la pression et raccordé à la surface
arrière est rempli par un second élément de protection ser-
vant à empêcher la pénétration de particules étrangères
dans le passage.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la plaquette à semiconducteurs du capteur comprend une cavité possédant une ouverture qui débouche dans la surface arrière et un diaphragme qui est formé sur la surface avant pour former la cavité, la surface arrière de la plaquette du capteur est
raccordée au boîtier par l'intermédiaire d'un substrat pos-
sédant un trou traversant pour l'introduction de la seconde
pression, une surface en coupe transversale du trou traver-
sant étant inférieure à celle de l'ouverture de la cavité, et
le trou traversant est rempli par le second élé-
ment de protection.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le passage formé dans le second passage d'introduction pour la pression inclut un passage pour la pression raccordé au trou traversant et un renfoncement raccordé au passage pour la pression, n'importe quel renfoncement possédant une ouverture supérieure à celle du passage pour la pression, et le passage pour la pression et la partie en renfoncement sont tous deux remplis par le second élément
de protection.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'ouverture de la partie en renfoncement est plus de deux
fois supérieure à celle du passage pour la pression.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le module d'élasticité du second élément de protection est
égal ou inférieur à celui du premier élément de protection.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le premier passage d'introduction de pression s'étend dans
une direction perpendiculaire à la surface avant de la pla-
quette à semiconducteurs du capteur, en formant un passage en forme d'entonnoir, le passage en forme d'entonnoir comprend un espace rectangulaire qui fait face directement à la surface
avant de la plaquette à semiconducteurs du capteur, un es-
pace de forme rétrécie possédant une forme transversale plus large et une section transversale plus étroite, la section transversale plus large étant raccordée à l'espace rectangulaire, et un orifice pour la pression raccordé à la section transversale plus étroite de l'espace de forme rétrécie, et l'espace de forme conique possède un angle de conicité supérieur à 30 degrés par rapport à la surface
avant de la plaquette à semiconducteurs du capteur.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le second passage d'introduction pour la pression s'étend dans une direction perpendiculaire à la surface arrière de la plaquette à semiconducteurs du capteur en formant un passage en forme d'entonnoir (90), le passage en forme d'entonnoir comprend un espace rectangulaire qui fait face directement à la surface avant de la plaquette à semiconducteurs du capteur, un espace de forme rétrécie possédant une forme transversale plus large et une section transversale plus étroite, la section transversale plus large étant raccordée à l'espace rectangulaire, et un orifice pour la pression raccordé à la section transversale plus étroite de l'espace de forme rétrécie, et l'espace de forme conique possède un angle de conicité supérieur à 30 degrés par rapport à la surface
avant de la plaquette à semiconducteurs du capteur.
D'autres caractéristiques et avantages de la pré-
sente invention ressortiront de la description donnée ci-
après prise en référence aux dessins annexés, sur les-
quels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale représentant un capteur de pression selon une première forme de réalisation de la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle montrant une plaquette montée dans le capteur de pression représenté sur la figure 1; - la figure 3 est un graphique représentant une relation entre un écart au point zéro d'un signal de sortie du capteur et la température, à laquelle le capteur de pression est utilisé, une quantité d'huile contenue dans un
second élément de protection étant prise en tant que para-
mètre; - la figure 4 est une vue en coupe transversale montrant un capteur de pression en tant que seconde forme de réalisation de la présente invention; - la figure 5 est un graphique représentant des résultats de test qui montrent l'existence d'une quantité d'eau résiduelle dans un perçage vertical, en fonction de la température; et - la figure 6 est un tableau représentant les conditions de présence d'eau résiduelle dans le passage
vertical possédant des dimensions différentes.
On va décrire une première forme de réalisation
de la présente invention en référence aux figures 1 à 3.
Tout d'abord, en référence aux figures 1 et 2, on va décrire la structure d'un capteur de pression en tant que première forme de réalisation. Le capteur de pression représenté ici peut être utilisé pour détecter un colmatage ou une obstruction des mailles dans un filtre à particules pour un carburant diesel (désigné sous l'expression filtre DPF). Dans ce cas, un capteur de pression est installé sur un tuyau d'échappement d'un moteur diesel pour mesurer une différence de pression entre une position amont et une
position aval du filtre DPF.
Un boîtier 10, dans lequel une plaquette 30 de capteur est montée, se compose d'un boîtier de connexion 11, d'un boîtier 12 comprenant un premier orifice et un boîtier 13 comportant un second orifice. Le boîtier 11 du connecteur, le boîtier 12 comportant l'orifice pour la première pression et le boîtier 13 comportant l'orifice pour la seconde pression sont formés séparément par moulage d'une résine comme par exemple du téréphtalate de
polybutylène (PVD) ou du sulfure de polyphénylène (PVS).
Les deux boîtiers 12, 13 contenant les orifices pour la pression sont raccordés au boîtier 11 du connecteur par un adhésif 14 après que la plaquette 30 du connecteur a été montée sur le boîtier 11 du connecteur. Une broche terminale 10a est enrobée par moulage avec insertion dans le boîtier 11 du connecteur. Un trou lla pour le montage de la plaquette 30 du capteur est formée sur le boîtier 11 du connecteur. La plaquette 30 du capteur montée sur le boîtier 11 du connecteur sépare un passage d'introduction de la première pression 21 et un passage d'introduction de la seconde pression 22, tous deux formés dans le boîtier 10.
La figure 2 représente une vue en coupe transver-
sale de la plaquette 30 du capteur à plus grande échelle.
La plaquette 30 du capteur est formée d'un substrat semi-
conducteur comme par exemple un substrat en silicium. Une
cavité 32 est formée sur une surface arrière 30b de la pla-
quette 30b du capteur, en formant ainsi un diaphragme mince 31 sur sa surface avant 30a. La cavité 32 est formée au moyen d'une attaque anisotrope connue. Un substrat 40 formé de verre ou analogue est fixé à la surface arrière 30b de la plaquette 30 du capteur, et tous deux sont raccordés d'un seul tenant. Le substrat 40 est fixé sur la surface
inférieure du trou lia formé dans le boîtier 11 du connec-
teur à l'aide d'un adhésif tel qu'un adhésif du type fluo-
rosilicone (non représenté). Un trou traversant 41 est
formé dans le substrat 40 pour appliquer une seconde pres-
sion à la plaquette 30 du capteur. Le diamètre D du trou traversant est agencé avec une taille inférieure à une
ouverture de la cavité 32.
Une première pression est appliquée à la surface avant 30a de la plaquette 30 du capteur par l'intermédiaire d'un orifice pour la première pression 12a et par l'intermédiaire du passage d'introduction de la première
pression 21. Une seconde pression est appliquée à la sur-
face arrière 30b de la plaquette 30 du capteur par l'inter-
médiaire d'un orifice pour la seconde pression 13a, du pas-
sage d'introduction pour la seconde pression 22 et du trou traversant 41. Le passage d'introduction de la première pression 21 est séparé du passage d'introduction de la
seconde pression 22 par la plaquette 30 du capteur. L'ori-
fice pour la première pression 12a est raccordé à une posi-
tion en aval du filtre DPF par l'intermédiaire d'un tuyau de caoutchouc ou analogue (non représenté) tandis que l'orifice pour la seconde pression 13a est raccordé de façon similaire à une position située en amont du filtre DPF. Par conséquent la pression en aval du filtre DPF (la première pression) est appliquée à la surface avant 30a de la plaquette 30 du capteur, et la pression en amont du filtre DPF (la seconde pression) est appliquée à la surface arrière 30b de la plaquette 30 du capteur. Une différence entre les première et seconde pressions est détectée par la
plaquette 30 du capteur.
En référence à la figure 2, on va indiquer des exemples de dimensions de la plaquette 30 du capteur et du trou traversant 41. L'épaisseur tl de la plaquette 30 du capteur est égale à environ 300 pm. Le diaphragme 31 est réalisé avec une forme carrée de 1,4 mm x 1,4 mm (Ll =
1,4 mm) et son épaisseur t2 est égale à environ 30 pm.
L'ouverture de la cavité 32 peut être réalisée avec une forme octogonale ayant des côtés d'une longueur d'environ 1,9 - 2,0 mm (L2 = 1,9 - 2,0 mm). Le diamètre D des trous traversants 41 est compris entre 0,8 et 0,9 mm, ce qui est
inférieur à l'ouverture de la cavité.
Un circuit électrique pour convertir le signal de pression en un signal électrique est formé (ceci n'est pas représenté) sur la surface avant 30a de la plaquette 30 du capteur. Le circuit électrique est connecté électriquement à la broche formant borne 10a par l'intermédiaire d'un fil d'or ou d'aluminium 60 formé par fixation par câblage, comme cela est représenté sur la figure 1. Une extrémité de la broche formant borne lOa s'étend à l'extérieur et peut être connectée à un circuit extérieur comme par exemple une
unité de commande électronique sur puce (non représentée).
Un premier élément de protection 70 est disposé de manière à recouvrir le côté de la première surface de la plaquette 30 du capteur, et un second élément de protection est disposé de manière à recouvrir le côté de la seconde surface de la plaquette 30 du capteur. Le second élément de protection 80 sert à empêcher la pénétration de particules
étrangères dans le trou traversant 41. Une partie en ren-
foncement formée dans le boîtier 11 du connecteur sur le
côté de la première surface est remplie par le premier élé-
ment de protection 70, comme représenté sur la figure 1. Le
premier élément de protection 70 recouvre la première sur-
face 30a, le fil 60 et une partie reliant le fil à la broche de borne 10a pour protéger ces éléments. Le premier élément de protection 70 est constitué par une première couche 71 formée d'une résine possédant un module d'Young relativement élevé et une seconde couche 72 est formée d'une résine possédant un module d'Young relativement
faible. Plus particulièrement, on peut utiliser une struc-
ture à deux couches représentée dans JP-A-11-304619 en tant que premier élément de protection 70. Une telle structure à deux couches forme un bon élément de protection, dans
lequel la production de bulles est correctement empêchée.
Un passage pour la pression 22a et une partie en renfoncement 22b possédant une ouverture supérieure à celle du passage pour la pression 22a sont formés dans le boîtier 11 du connecteur sur le côté de la surface arrière de la
plaquette 30 du capteur comme représenté sur la figure 1.
Une partie étagée 22c est formée au niveau d'une limite entre le passage pour la pression 22a et la partie en renfoncement 22b. Le second élément de protection 80 remplit le trou traversant 41, le passage pour la pression 22a et la partie en renfoncement 22b, comme représenté sur la figure 1. L'ouverture W1 de la partie en renfoncement 22b est agencée de manière à être d'une taille deux fois
plus grande que celle du passage pour la pression 22a.
L'ouverture W1 est recouverte par le second élément de pro-
tection 80, auquel est appliquée la seconde pression. Par
conséquent la seconde pression peut être reçue par une sur-
face plus étendue, et la protection vis-à-vis de particules
étrangères peut être améliorée.
Le second élément de protection 80 est formé d'une seule couche constituée d'un matériau sous la forme d'un gel, qui est durci sous l'action d'une chaleur. Il est préférable d'utiliser un gel à base de fluorosilicone ou un gel à base de fluor étant donné sa résistance plus élevée aux produits chimiques. Si on utilise un gel du type à base de silicone, il peut gonfler sous l'action de l'humidité contenue dans les gaz d'échappement. De l'huile est ajoutée aux matériaux formant le premier et le second élément de protection 70, 80. Cependant, dans le second élément de protection 80 on ajoute une quantité plus importante d'huile que dans le premier élément de protection 70. Par conséquent on ajoute de l'huile au fluorosilicone au gel à base de fluorosilicone en tant que matériau récepteur du second élément de protection 80. De préférence, on ajoute
un excès d'huile de 30 % au matériau récepteur.
On va décrire brièvement le procédé de fabrica-
tion du capteur de pression décrit plus haut. La plaquette du capteur, qui est raccordée au substrat 40, est fixée par un adhésif au boîtier 11 du connecteur. Ensuite, on raccorde électriquement la plaquette 30 du capteur et la broche formant borne 10a selon une liaison câblée au moyen
du fil 60. Ensuite, on dispose le premier élément de pro-
tection 70 de manière qu'il recouvre le côté de la surface avant de la plaquette 30 du capteur, de la manière indiquée ci-après. On introduit la première couche 71 (résine telle que du caoutchouc fluoré) dans le trou lla pour combler un espace présent entre le substrat 40 et le trou lia. On
introduit la première couche 71 jusqu'au niveau de la sur-
face arrière 30b de la plaquette 30 du capteur, comme représenté sur la figure 1. Des bulles présentes dans la première couche 71 sont retirées sous l'action d'une dépression. On dispose la seconde couche 72 (résine telle qu'un gel à base de fluor) de manière qu'elle recouvre la
première couche 71 et qu'elle remplisse la partie en ren-
foncement formée sur le boîtier 11 du connecteur sur le
côté de la surface avant, comme représenté sur la figure 1.
Ensuite, on fait durcir simultanément les première et
seconde couches 71, 72 moyennant l'application d'une cha-
leur. On fixe le boîtier 12 pour l'orifice pour la première pression sur le boîtier 11 du connecteur à l'aide d'un adhésif 14. On forme ainsi le passage 21 d'introduction de
la première pression 21.
Ensuite on dispose le second élément de protec-
tion 80 sur le côté de la surface arrière de la plaquette 30 du conducteur comme représenté sur la figure 1, de la
manière indiquée ci-après. On ajoute en une quantité de 30-
% du matériau récepteur, de l'huile à base de fluorosilicone, on l'introduit de manière qu'elle remplisse le trou traversant 41, le passage pour la pression 22a et une partie de la partie en renfoncement 22b, sous l'action d'une dépression. Sinon, on introduit le matériau à la pression atmosphérique, puis on élimine par dépression des bulles présentes dans le matériau. Etant donné que comme matériau formant le second élément de protection, on peut utiliser un gel à base de fluor et une huile à base de fluor à la place du gel de fluorosilicone et de l'huile à base de fluorosilicone. Ensuite, on fait durcir le matériau formant gel moyennant l'application d'une chaleur, ce qui
achève la formation du second élément de protection 80.
Ensuite on raccorde à l'aide d'un adhésif 14 le boîtier 13 contenant l'orifice pour la seconde pression au boîtier 11 du connecteur. On forme ainsi le passage d'introduction de
la seconde pression 22.
Le capteur de pression fonctionne de la manière
indiquée ci-après, lorsqu'il est utilisé en tant que cap-
teur pour mesurer une différence entre les pressions amont et aval du filtre DPF pour détecter le colmatage des
mailles du filtre DPF. La pression aval en tant que pre-
mière pression est introduite dans le boîtier 10 par l'intermédiaire de l'orifice pour la première pression 12a, tandis que la pression amont en tant que seconde pression est introduite dans le boîtier par l'intermédiaire de
l'orifice pour la seconde pression 13a. La première pres-
sion est appliquée à la surface du premier élément de pro-
tection 70 par l'intermédiaire du passage 21 d'introduction de la première pression et la surface appliquée à la surface avant du diaphragme 31. Simultanément, la seconde pression est appliquée à la surface du second élément de protection 80 par l'intermédiaire du passage 21 d'introduction de la seconde pression et est appliquée à la surface arrière du diaphragme 31. Le diaphragme 31 se déforme conformément à la différence entre les première et
seconde pressions. La déformation du diaphragme est conver-
tie en un signal électrique par le circuit formé sur la première surface 30a de la plaquette 30 du capteur. Le signal électrique représentant la différence de pression
est délivré par la plaquette 30 du capteur au circuit exté-
rieur par l'intermédiaire du fil 60 et de la broche formant
borne 10a.
Dans le capteur classique de pression, qui détecte une différence entre des pressions appliquées aux deux surfaces de la plaquette du capteur, seule la surface avant de la plaquette du capteur est recouverte et protégée
vis-à-vis de particules étrangères. Dans la présente inven-
tion on prévoit le second élément de protection 80 qui recouvre la surface arrière de la plaquette 30 du capteur en plus du premier élément de protection qui recouvre la surface avant. C'est pourquoi les particules étrangères telles que des poussières et de l'humidité, ne peuvent pas pénétrer dans le trou traversant 41 et dans le passage pour
la pression 22a par l'intermédiaire du passage 22 d'intro-
duction de la seconde pression. Par conséquent le capteur
de pression selon la présente invention est à même de mesu-
rer de façon précise la différence de pression. En particu-
lier, lorsque le capteur de pression est installé dans le tuyau d'échappement, l'humidité contenue dans les gaz d'échappement, qui ne peut pas être éliminée par un filtre,
pénètre dans le trou traversant étroit 41, si ce trou tra-
versant 41 n'est pas protégé par le second élément de pro-
tection 80. Si l'humidité pénètre dans le passage étroit, elle peut se condenser dans ce passage et en outre peut geler dans ce dernier. Une telle humidité est empêchée de pénétrer dans le passage étroit pour la pression, par le
second élément de protection 80.
Etant donné que la surface arrière de la pla- quette 30 du capteur doitêtre fixée au substrat 40, on ne
peut pas choisir une taille importante pour le trou traver-
sant 41. Par exemple le diamètre D du trou traversant est
égal à environ 0,8 - 0,9 mm dans la première forme de réa-
lisation. Le trou traversant 41 possédant une telle petite taille peut être obstrué par l'humidité condensée ou gelée,
si ce trou n'est pas protégé par le second élément de pro-
tection 80.
La dureté du matériau constituant le second élé-
ment de protection 80 doit être réglée de façon correcte.
Si elle est trop dure, la déviation du point zéro du signal de sortie du capteur (ceci sera expliqué plus loin de façon détaillée) devient importante en raison de la chaleur de contraction produite dans le matériau lorsque ce dernier est durci dans le passage étroit, étant donné que la contrainte produite dans le passage étroit est difficile à
éliminer. D'autre part, s'il est trop mou, le second élé-
ment de protection 80 reflue hors du passage étroit ou est retiré de ce passage sous l'effet de cycles thermiques ou d'une vibration pendant l'utilisation effective. La dureté peut être réglée par modification d'une quantité d'huile
ajoutée au matériau constituant le second élément de pro-
tection 80.
Des expériences ont été effectuées pour déterminer la quantité d'huile devant être ajoutée au matériau constituant le second élément de protection 80. En tant que premier élément de protection 70, on peut utiliser de façon appropriée un matériau tel qu'un gel à base de fluorosilicone ou un gel à base de fluor contenant plusieurs pour cent d'huile. Cependant comme second élément de protection 80, le module d'élasticité d'un tel matériau est trop élevé et la déviation du point zéro du signal de sortie du capteur devient importante en raison de la chaleur de contraction produite par le durcissement. Lors d'expériences, on ajoute au matériau récepteur de l'huile du même type que le matériau récepteur, c'est-à-dire qu'on ajoute de l'huile à base de fluorosilicone au gel à base de fluorosilicone et on ajoute de l'huile à base de fluor au gel à base de fluor. La quantité d'huile ajoutée au matériau récepteur doit être suffisante pour ramollir le matériau récepteur dans une gamme qui n'empêche pas le durcissement du matériau récepteur sous l'action de la chaleur.
La figure 3 représente les résultats des expé-
riences, lors desquelles on a ajouté de l'huile à base de fluorosilicone à un matériau récepteur formé par un gel de fluorosilicone, en une quantité égale à 25 %, 30 % ou 35 % (en tant que pourcentage d'huile par rapport au matériau récepteur). La déviation du point zéro en pour cent d'une échelle de déviation totale du signal de sortie du capteur (% FS) est représentée en ordonnées, et la température, à laquelle le capteur de pression est utilisé, est indiquée en abscisses. La déviation du point zéro est définie par
(S2 - S1), Sl étant une tension de sortie du capteur mesu-
rée lorsque la même pression est appliquée à la surface avant 30a et à la surface arrière 30b de la plaquette 30 du capteur dans des conditions dans lesquelles seul le premier élément de protection 70 est installé (le second élément de protection 80 n'est pas encore installé) et S2 étant une
tension de sortie du capteur mesurée lorsque la même pres-
sion est appliquée aux deux surfaces dans les conditions dans lesquelles les deux éléments de protection 70, 80 sont installés (le second matériau de protection est appliqué et durcit). Le niveau de consigne de la déviation du point zéro en pourcentage de la déviation totale du signal de
sortie du capteur (% FS) est égal à 1,0 % en valeur abso-
lue. Ce niveau de consigne est réglé sur la base de
l'exigence requise dans l'utilisation effective.
Comme cela est visible sur le graphique repré-
senté sur la figure 3, le niveau de consigne est supprimé lorsque l'huile est ajoutée au matériau récepteur en une quantité supérieure à 30 % du matériau récepteur. D'autre part, d'autres expériences montrent que le durcissement est
gêné lorsque de l'huile est ajoutée en un pourcentage supé-
rieur à 40 %. Par conséquent il est préférable que la quan-
tité ajoutée au matériau récepteur ne dépasse pas 40 %. La quantité la plus appropriée d'huile dépend du matériau récepteur. Mais il est important d'ajouter une quantité d'huile plus grande au second élément de protection 80 qu'au premier élément de protection 70. De cette manière, la déviation du point zéro peut être réduite dans la limite du niveau de consigne, et le capteur peut détecter de façon précise la différence de pression entre les pressions
appliquées aux deux surfaces de la plaquette 30 du capteur.
Comme cela est représenté sur la figure 1, le second élément de protection 80 est disposé non seulement dans le trou traversant 41, mais également dans l'espace constitué par le passage pour la pression 22a et la partie
en renfoncement 22b. L'ouverture W1 de la partie en renfon-
cement est réglée à une taille plus de deux fois supérieure à celle du passage pour la pression 22a, ce qui rend la taille de l'ouverture W1 comparable à celle de l'ouverture W2 du côté du premier passage d'introduction de la première pression. Par exemple, les deux ouvertures W1, W2 sont
agencées avec une forme rectangulaire de 9 mm x 12 mm.
Etant donné que l'ouverture W1 est choisie de manière à être large, la seconde pression est reçue par une surface
suffisamment étendue et de ce fait la pression est transfé-
rée de façon stable à la plaquette 30 du capteur même lorsque certaines particules étrangères sont fixées à la
surface du second élément de protection 80.
Il est préférable de régler le module d'élasti-
cité du second élément de protection 80 inférieur à celui du premier élément de protection 70. Par exemple le module d'élasticité du premier élément de protection 80 est réglé de manière à être comparable à celui de la seconde couche 72 du premier élément de protection 70 (par exemple inférieur à 60 Pa) ou inférieur à cette valeur. C'est pourquoi la contrainte produite par un trou traversant étroit 41 est difficile à éliminer si elle est remplie par un matériau dur. On ne peut pas donner une taille importante au trou traversant 41 étant donné que la surface arrière 30b de la plaquette 30 du capteur est fixée au
substrat 40 comme mentionné précédemment.
L'orifice 12a pour la première pression et l'ori-
fice 13a pour la seconde pression ne sont pas situés direc-
tement en face de la plaquette 30 du capteur mais sont positionnés dans des positions décalées par rapport à la plaquette 30 du capteur. C'est pourquoi le courant de gaz ne rencontre pas directement la surface des éléments de protection 70, 80. Cette structure contribue à réduire l'adhérence de particules étrangères sur les surfaces de
l'élément de protection.
On va décrire une seconde forme de réalisation de la présente invention en référence à la figure 4. Dans cette forme de réalisation, le boîtier 12 contenant l'orifice pour la première pression de la première forme de réalisation est modifié de manière à présenter une forme d'entonnoir. D'autres structures sont identiques à celles de la première forme de réalisation. Les mêmes composants
ou éléments sont désignés par les mêmes chiffres de réfé-
rence et on va décrire ci-après uniquement les parties modifiées. Comme cela est représenté sur la figure 4, le boîtier 12 contenant l'orifice pour la première pression de la seconde forme de réalisation s'étend vers le bas du côté de la première surface de la plaquette 30 du capteur. Le passage 21 d'introduction de la première pression de la première forme de réalisation est déformé en un passage vertical 90 qui inclut un espace rectangulaire formé par une paroi rectiligne 92 possédant une hauteur H et un espace de forme conique constitué par une surface conique 91. L'orifice 12a pour la première pression, qui possède le diamètre D, est raccordé à l'espace de forme conique. En
d'autres termes, le boîtier en forme d'entonnoir 12 conte-
nant l'orifice pour la première pression est disposé de
manière à s'étendre perpendiculairement à la première sur-
face 30a de la plaquette 30 du capteur. L'espace rectangu-
laire et l'orifice circulaire 12a pour la première pression possédant le diamètre D sont raccordés par l'espace de
forme conique.
Le capteur de pression est installé dans le tuyau d'échappement de sorte que l'axe de l'orifice 12a pour la
première pression s'étend dans la direction verticale.
* Lorsque l'eau contenue dans les gaz d'échappement s'accumule dans le passage en forme d'entonnoir, une telle eau est évacuée le long de la surface conique 91 et par l'orifice 12a pour la première pression. A cet effet, un angle de conicité 0, qui est un angle défini par un plan parallèle à la surface de la plaquette du capteur et à la surface conique 91, est choisi supérieur à 30 degrés (et de préférence supérieur à 45 degrés). L'angle de conicité 0
est déterminé sur la base d'expériences décrites ci-après.
Le passage vertical 90 est rempli à moitié de sa
contenance par de l'eau. Le capteur de pression est posi-
tionné au-dessus du tuyau d'échappement d'un moteur, de sorte que l'orifice 12a pour la première pression devient vertical, et cet orifice 12a pour la première pression est raccordé au tuyau d'échappement par l'intermédiaire d'un tuyau en caoutchouc. Le diamètre D de l'orifice 12a pour la
première pression est réglé à 4,5 mm, valeur qui est prédé-
terminée en tant que taille suffisante pour l'eau d'évacuation. L'orifice 12a pour la première pression est raccordé au tuyau d'échappement par l'intermédiaire d'un tuyau en caoutchouc possédant une longueur de 114 cm. On fait tourner le moteur à 1500 tr/mn et on mesure la quan-
tité d'eau qui reste dans le passage vertical 90 (eau rési-
duelle). Dans les conditions indiquées précédemment, on teste des échantillons de test possédant les dimensions indiquées ci-après. Hauteur H de la surface plane 92: 2, 4
et 6 mm, et angle de conicité 8: 15, 30 et 45 degrés.
La quantité d'eau résiduelle en fonction de l'angle de conicité 0 est représentée sur la figure 5. Sur
ce graphique, la hauteur H est prise en tant que paramètre.
Comme cela est visible sur le graphique, plus l'angle de conicité 0 est important, plus la quantité d'eau résiduelle est faible. La hauteur H affecte partiellement la quantité
d'eau résiduelle.
La figure 6 représente les conditions de l'eau
résiduelle dans le passage vertical 90 possédant des dimen-
sions respectives H et 0, c'est-à-dire qu'il montre dans quelle partie l'eau reste ou quelle est la configuration de
l'eau restante. On observe les conditions de l'eau rési-
duelle après les tests. Dans le tableau de la figure 6, les marques 0, X et A désignent respectivement les situations indiquées ci-après. 0: l'eau est suffisamment évacuée et l'eau résiduelle n'affecte pas le fonctionnement essentiel de la plaquette 30 du capteur, bien qu'une faible quantité d'eau ou des gouttelettes subsistent dans une partie de
coin reliant la surface plane 92 et la surface conique 91.
A: l'eau est presque suffisamment évacuée et il n'existe presque aucun risque que de l'eau résiduelle affecte le fonctionnement du capteur. X: de l'eau reste encore sur la
surface du premier élément de protection 70, et l'eau rési-
duelle peut affecter le fonctionnement du capteur, et par
conséquent ceci n'est pas admissible.
Sur la base des résultats de tests indiqués pré-
cédemment, on peut en conclure que le fonctionnement du capteur n'est pas sensiblement affecté par l'eau résiduelle si l'angle de conicité q est supérieur à 30 degrés, et de préférence est supérieur à 45 degrés. Bien qu'il soit pré- férable que l'angle de conicité 0 soit supérieur à 45 degrés, l'angle de conicité 0 doit être choisi en tenant compte de la limitation actuelle de taille du capteur de pression. Bien que dans la seconde forme de réalisation décrite précédemment, le passage 21 d'introduction de la première pression soit réalisé sous la forme du passage vertical 90, il est possible de façon similaire de former le passage 22 d'introduction de la seconde pression sous la forme d'un passage vertical. On obtient également dans ce
cas le même avantage.
Bien que les capteurs de pression mesurant une
différence entre les première et seconde pressions appli-
quées aux deux surfaces de la plaquette 30 du capteur aient et décrits en tant que formes de réalisation de la présente
invention, il est possible d'appliquer la présente inven-
tion à d'autres capteurs de pression qui mesurent l'une ou l'autre des première et seconde pressions en utilisant l'autre pression en tant que pression de référence, comme
par exemple la pression atmosphérique. Par exemple la pré-
sente invention est applicable à un capteur décrit dans JP-
A-9-43085.
Bien que la présente invention ait et représentée et décrite en référence aux formes de réalisation préférées
indiquées précédemment, il apparaîtra à l'évidence aux spé-
cialistes de la technique que des modifications du point de vue de la forme et des détails peuvent y être apportées
sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (11)
1. Capteur de pression comportant un boîtier (10), une plaquette de capteur à semiconducteurs (30) possédant une surface avant (30a) et une surface arrière
(30b), la plaquette de capteur à semiconducteurs étant mon-
tée sur le boîtier (10) par raccordement de la surface arrière au boîtier et mesurant une différence entre une première pression appliquée à la surface avant et une seconde pression appliquée à la surface arrière,
un passage d'introduction pour la première pres-
sion (21) formé dans le boîtier et par lequel la première pression est appliquée à la surface avant (30a),
un passage d'introduction pour la seconde pres-
sion (22) formé dans le boîtier et par lequel la seconde pression est appliquée à la surface arrière (30b), caractérisé en ce que la surface avant est recouverte par un premier élément de protection (70), et un passage (41,22a,22b) formé dans le passage d'introduction pour la seconde pression et raccordé à la
surface arrière est rempli par un second élément de protec-
tion (80) servant à empêcher la pénétration de particules
étrangères dans le passage.
2. Capteur de pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette à semiconducteurs (30) du capteur comprend une cavité (32) possédant une ouverture qui débouche dans la surface arrière (30b) et un diaphragme (31) qui est formé sur la surface avant (30a) pour former la cavité,
la surface arrière (30b) de la plaquette du cap-
teur est raccordée au boîtier par l'intermédiaire d'un substrat (40) possédant un trou traversant (40) pour l'introduction de la seconde pression, une surface en coupe transversale du trou traversant étant inférieure à celle de l'ouverture de la cavité, et
le trou traversant est rempli par le second élé-
ment de protection (80).
3. Capteur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que
de l'huile est ajoutée au premier élément de pro-
tection (70) et au second élément de protection (80), et la quantité d'huile ajoutée au second élément de
protection est supérieure à celle ajoutée au premier élé-
ment de protection.
4. Capteur de pression selon la revendication 3, caractérisé en ce que la quantité d'huile ajoutée au second élément de protection (80) est supérieure de 30 pour cent à
celle ajoutée au premier élément de protection.
5. Capteur de pression selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'élément de protection (80) est constitué par un matériau récepteur qui est soit un gel de fluorosilicone ou un gel de fluor, et une huile, qui est soit une huile de fluorosilicone soit un gel à base de
fluor, ajouté au matériau récepteur.
6. Capteur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage formé dans le passage d'introduction pour la seconde pression inclut un passage pour la pression (22a) raccordé au trou traversant (41) et un renfoncement (22b) raccordé au passage pour la pression,
n'importe quel renfoncement possédant une ouverture supé-
rieure à celle du passage pour la pression (22a), et que le passage pour la pression et la partie en renfoncement sont tous deux remplis par le second élément
de protection (80).
7. Capteur de pression selon la revendication 6,
caractérisé en ce que l'ouverture de la partie en renfonce-
ment (22b) est supérieure de plus du double à celle du
passage pour la pression (22a).
8. Capteur de pression selon la revendication 2,
caractérisé en ce que le module d'élasticité du second élé-
ment de protection (80) est égal ou inférieur à celui du premier élément de protection (128).
9. Capteur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage d'introduction pour la première pression (21) s'étend dans une direction perpendiculaire à la surface avant de la plaquette à semiconducteurs (30) du capteur, en formant un passage en forme d'entonnoir (90), que le passage en forme d'entonnoir comprend un espace rectangulaire qui fait face directement à la surface avant de la plaquette à semiconducteurs du capteur, un espace de forme rétréci possédant une forme transversale plus large et une section transversale plus étroite, la section transversale plus large étant raccordée à l'espace
rectangulaire, et un orifice pour la pression (12a) rac-
cordé à la section transversale plus étroite de l'espace de forme rétrécie, et que l'espace de forme conique possède un angle de conicité (0) supérieur à 30 degrés par rapport à la surface
avant de la plaquette à semiconducteurs (30) du capteur.
10. Capteur de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage d'introduction pour la seconde pression (22) s'étend dans une direction perpendiculaire à la surface arrière de la plaquette à semiconducteurs (30) du capteur en formant un passage en forme d'entonnoir (90), que le passage en forme d'entonnoir comprend un espace rectangulaire qui fait face directement à la surface avant de la plaquette à semiconducteurs du capteur, un espace de forme rétréci possédant une forme transversale plus large et une section transversale plus étroite, la section transversale plus large étant raccordée à l'espace
rectangulaire, et un orifice pour la pression (13a) rac-
cordé à la section transversale plus étroite de l'espace de forme rétrécie, et que l'espace de forme conique possède un angle de conicité (0) supérieur à 30 degrés par rapport à la surface avant de la plaquette à semiconducteurs (30) du capteur.
11. Capteur de pression selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'angle de conicité (0) est
supérieur à 45 .
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