FR2867854A1 - Detecteur de pression compact, tres precis et resistant fortement a la corrosion - Google Patents
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Abstract
Détecteur (2) de pression comprenant principalement une puce (21) de détecteur, une puce de circuit (30) et un substrat (40). La puce (21) de détecteur est agencée de sorte à produire un signal électrique représentant une pression détectée et comporte une zone de détection (23a) et plusieurs plots de contact (25a). La puce (30) de circuit comporte un circuit agencé pour traiter le signal électrique et plusieurs plots de contact (31a). Le substrat (40) comporte une feuille de résine (41) ayant une ouverture (43) et plusieurs conducteurs (42a) dans la feuille de résine (41). Le substrat (40) est réuni à la puce (21) de détecteur et à la puce (30) de circuit de façon que la zone de détection (23a) sur la puce (21) de détecteur soit destinée à être exposée à la pression détectée au travers de l'ouverture (43) de la feuille de résine (41), les plots de contact (25a, 31a) de la puce (21) de détecteur et de la puce (30) de circuit sont électriquement connectés aux conducteurs (42a - 42d) du substrat (40) et les plots de contact (25a, 31a) et conducteurs (42a) sont tous hermétiquement noyés dans la feuille de résine (41) du substrat (40).
Description
DETECTEUR DE PRESSION COMPACT, TRES PRECIS ET RESISTANT
FORTEMENT A LA CORROSION
La présente invention concerne d'une façon générale les détecteurs de pression. Plus particulièrement, l'invention est relative à des détecteurs de pression perfectionnés dont chacun a un format compact et une grande résistance à la corrosion et assure une grande précision de détection de pression.
Le brevet japonais n 3 198 779, dont un équivalent en anglais est le brevet 10 des E.U.A. n 5 595 939, propose un détecteur de pression agencé pour détecter une pression d'un fluide très corrosif.
D'après la description, le détecteur de pression a une structure dans laquelle un élément de détection est connecté ià des broches de connexion par des microcâblages soudés, et l'élément de détection, les microcâblages soudés et les broches de connexion sont tous placés dans de l'huile et enfermés hermétiquement à l'aide d'un diaphragme (ou membrane) métallique résistant à la corrosion.
Cependant, avec une telle structure, le détecteur de pression comporte forcément le diaphragme métallique, l'huile, un joint torique pour l'étanchéité, etc., ce qui a pour effet de rendre très difficile la réalisation d'un détecteur de pression compact.
La présente invention a été réalisée compte tenu du problème ci-dessus.
Par conséquent, la présente invention vise principalement à réaliser des détecteurs de pression dont chacun a un format compact et une grande résistance à la corrosion et assure une détection très précise de la pression.
Selon un premier aspect de la présente invention, il est proposé un détecteur de pression qui comprend: une puce de détecteur agencé de sorte à générer un signal électrique en fonction d'une pression détectée, la puce de détecteur ayant une surface qui comporte une zone de détection et plusieurs plots de contact électrique disposés sur la surface de la puce de détecteur; et un substrat comportant une feuille de résine à travers laquelle est ménagée une ouverture, et plusieurs conducteurs électriques disposés dans la feuille de résine, le substrat étant réuni à la puce de détecteur de façon que la zone de détection de la surface de la puce de détecteur soit destinée à être soumise à la pression détectée à travers l'ouverture de la feuille de résine du substrat, les plots de contact électrique de la puce de détecteur sont électriquement connectés aux conducteurs électriques du substrat, et les plots de contact électrique et conducteurs électriques sont tous noyés hermétiquement dans la feuille de résine du substrat.
Avec une telle structure, lorsque le détecteur de pression est utilisé dans une atmosphère corrosive, il est possible d'empêcher la corrosion du détecteur de pression.
Par ailleurs, comme les conducteurs électriques sont placés à l'intérieur de la feuille de résine du substrat, le détecteur de pression est donc rendu compact sans 10 l'opération de soudage de microcâblages qui, autrement, peut être nécessaire pour réaliser la connexion électrique du détecteur de pression.
Il est préférable que, dans le détecteur de pression, les plots de contact électrique soient disposés de manière symétrique, sur la surface de la puce de détecteur, par rapport à la zone de détection.
De la sorte, une contrainte thermique, qui est susceptible de survenir si le détecteur de pression est utilisé dans une atmosphère à haute température en raison de la différence de coefficient de dilation thermique entre la puce du détecteur et les conducteurs électriques, peut être appliquée de manière homogène à la surface de la puce de détecteur, ce qui empêche une perte de précision du détecteur de pression.
De plus, dans le détecteur de pression, le substrat est de préférence réuni à la puce de détecteur par emboutissage à chaud.
Du point de vue de la symétrie, il est préférable que la surface de la puce de détecteur ait une forme rectangulaire et que la zone de détection soit formée au centre de la surface rectangulaire de la puce de détecteur, au moins une paire des plots de contact électrique de la puce de détecteur étant disposée en diagonale dans une paire de coins opposés de la surface rectangulaire de la puce de détecteur.
Il est de plus préférable, du point de vue de la symétrie, que deux paires des plots de contact électrique de la puce de détecteur soient disposées dans quatre coins de la surface rectangulaire de la puce de détecteur.
En outre, le détecteur de pression comporte de préférence également plusieurs bornes électriques pour établir une connexion électrique du détecteur de pression avec des circuits ou des dispositifs extérieurs. Les bornes électriques sont réunies au substrat de façon que les bornes électriques soient électriquement connectées aux conducteurs électriques du substrat et soient partiellement couvertes par la feuille de résine du substrat sans qu'aucune partie des bornes électriques ne soit exposée à la pression détectée.
De la sorte, la corrosion des bornes électriques peut également être empêchée lorsque le détecteur de pression est utilisé dans une atmosphère corrosive. 5 Il faut souligner que le détecteur de pression convient en particulier pour détecter une pression de gaz d'échappement d'un moteur.
Selon un deuxième aspect de la présente invention, il est proposé un autre détecteur de pression qui comprend: une embase; l0 une puce de détecteur supportée par l'embase et agencée de sorte à générer un signal électrique en fonction d'une pression détectée, la puce de détecteur ayant une surface qui comporte une zone de détection et une pluralité de plots de contact électrique disposés sur la surface de la puce de détecteur; une puce de circuit supportée par l'embase, la puce de circuit comprenant un circuit agencé pour traiter le signal électrique généré par la puce de détecteur, la puce de circuits ayant également une surface sur laquelle sont disposés plusieurs plots de contact électrique de la puce de circuit; et un substrat comportant une feuille de résine à travers laquelle est ménagée une ouverture et dans laquelle sont disposés plusieurs conducteurs électriques, le substrat étant réuni à la puce de détecteur et à la puce de circuit de façon que la zone de détection de la surface de la puce de détecteur soit destinée à être exposée à la pression détectée à travers l'ouverture de la feuille de résine du substrat, que les plots de contact électrique de la puce de détecteur et de la puce de circuit soient électriquement connectés aux conducteurs électriques du substrat et que les plots de contact électrique de la puce de détecteur et de la puce de circuit et les conducteurs électriques du substrat soient tous noyés hermétiquement dans la feuille de résine du substrat.
Avec une telle structure, lorsqu'on utilise le détecteur de pression dans une atmosphère corrosive, il est possible d'empêcher la corrosion du détecteur de 30 pression.
Par ailleurs, comme les conducteurs électriques sont disposés dans la feuille de résine du substrat, le détecteur de pression est donc doté d'une forme compacte sans le soudage de microcâblages qui, sinon, serait nécessaire pour établir la connexion électrique du détecteur de pression.
Il est préférable que, dans le détecteur de pression, au moins un des conducteurs électriques du substrat soit agencé pour servir d'antenne et que la puce de circuit comporte en outre un circuit agencé pour réaliser une communication sans fil entre le détecteur de pression et un moyen extérieur (par exemple un circuit ou un dispositif extérieur) par l'intermédiaire de l'antenne.
De la sorte, le détecteur de pression peut communiquer avec le moyen extérieur sans bornes électriques ni grande antenne spécialisée qui, sinon, seraient nécessaires.
Il est en outre préférable que, dans le détecteur de pression, la puce de circuit comporte en outre un circuit agencé pour générer de l'électricité sous l'effet du moyen extérieur par l'intermédiaire de l'antenne.
De la sorte, le détecteur de pression peut être alimenté en électricité sans pile, bornes électriques ni fils qui, sinon, peuvent être nécessaires.
En outre, dans le détecteur de pression, l'antenne a de préférence une forme en boucle, de façon qu'une zone suffisamment grande de l'antenne pour recevoir des signaux sous forme d'ondes hertziennes soit garantie en assurant de ce fait une grande sensibilité de l'antenne.
Il faut souligner que le détecteur de pression se prête en particulier à une utilisation pour détecter une pression de gonflage d'un pneumatique de véhicule.
En particulier, le détecteur de pression est destiné de préférence à être installé sur le pneumatique ou sur une roue portant le pneumatique, et la puce de circuit est agencée pour réaliser la communication sans fil entre le détecteur de pression et un dispositif installé dans la carrosserie du véhicule, par l'intermédiaire de l'antenne.
De la sorte, les deux détecteurs de pression selon le premier et le deuxième aspects de la présente invention ont un format compact et une grande résistance à la corrosion et ils assurent une grande précision de détection de pression.
La présente invention apparaîtra plus clairement grâce à la description détaillée ci-après et aux dessins annexés des formes préférées de réalisation de l'invention, qui, cependant, ne doivent pas être interprétés comme limitant l'invention aux formes de réalisation spécifiques mais n'ont qu'un rôle d'explication et de compréhension.
Sur les dessins annexés: la Fig. 1 est une vue de dessus en plan représentant un détecteur de pression selon une première forme de réalisation de:l'invention; la Fig. 2 est une vue latérale en coupe prise suivant une ligne A-A de la Fig. 1; la Fig. 3A est une vue de dessus en plan représentant un substrat du détecteur de pression de la Fig. 1; la Fig. 3B est une vue latérale en coupe prise suivant une ligne A-A de la Fig. 3A; la Fig. 4 est une vue de dessus en plan représentant tous les éléments du détecteur de pression de la Fig. 1, à l'exception du substrat de ce dernier; la Fig. 5 est une vue latérale en coupe prise suivant une ligne A-A de la Fig. 4; la Fig. 6 est une vue de dessus en plan représentant un détecteur de pression selon une deuxième forme de réalisation de l'invention; la Fig. 7 est une vue latérale en coupe prise suivant une ligne A-A de la Fig. 6; la Fig. 8A est une vue de dessus en plan représentant un substrat du détecteur de pression de la Fig. 6; la Fig. 8B est une vue latérale en coupe prise suivant une ligne A-A de la Fig. 8A; la Fig. 9 est une vue de dessus en plan représentant tous les éléments du détecteur de pression de la Fig. 6, à l'exception du substrat de ce dernier; et la Fig. 10 est une vue latérale en coupe prise suivant une ligne A-A de la Fig. 9.
En référence aux figures 1 à 10, on va maintenant décrire les formes préférées de réalisation de la présente invention.
[Première forme de réalisation] Les figures 1 et 2 représentent un détecteur 1 de pression selon la première forme de réalisation de l'invention.
Le détecteur 1 de pression est agencée pour détecter une pression des gaz d'échappement d'un moteur de véhicule. Autrement dit, le fluide, qui est destiné à être détecté par le détecteur 1 de pression, est constitué par des gaz d'échappement.
Plus particulièrement, le détecteur 1 de pression est destiné à mesurer une pression dans un circuit de recirculation de gaz d'échappement (RGE) d'un système de RGE du véhicule.
Comme représenté sur les figures 1 et 2, le détecteur 1 de pression comprend principalement une embase 10, une puce 21 de détecteur (ou élément de détecteur), et un substrat 30. L'embase 10 est en résine et comporte un évidement 11 ménagé dans celle-ci, lequel débouche vers le haut sur la Fig. 2. Dans l'évidement 1 1 de l'embase 10 est logée la puce 21 de détecteur. Le substrat 30 est réuni à la fois à la puce 21 de détecteur et à l'embase 10 de façon à couvrir les surfaces supérieures de la puce 21 de détecteur et de l'embase 10.
Le substrat 30 est représenté plus en détail sur les figures 3A - 3B, l'embase 10 et la puce 21 de détecteur n'étant pas réunies à celui-ci.
En revanche, les figures 4 et 5 représentent l'embase 10 dans laquelle sont disposées la puce 21 de détecteur et plusieurs bornes électriques 12a - 12d, le substrat 15 30 n'étant pas représenté.
Comme représenté sur les figures 4 et 5, dans la présente forme de réalisation, l'embase 10 se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire, et l'évidement 11 est formé au centre de la surface supérieure rectangulaire de l'embase 10.
La puce 21 de détecteur est montée sur une surface supérieure d'un siège en verre 20 et est reçue dans l'évidement 11 de l'embase 10, ainsi que le siège en verre 20.
La puce 21 de détecteur, qui est en silicium, se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire et comporte un évidement 22 formé au centre de la surface inférieure de la puce 21 de détecteur et débouchant vers le bas sur la Fig. 5. Grâce à l'évidement 22, on obtient un diaphragme 23 dans la puce 21 de détecteur.
En particulier, la face inférieure de l'évidement 22, qui a une forme octogonale comme indiqué par un trait discontinu sur la Fig. 4, et une zone de détection 23a sur la surface supérieure de la puce 21 de détecteur constituent conjointement le diaphragme 23. Comme la puce 21 de détecteur est fixée sur le siège 20 en verre comme représenté sur la Fig. 5, l'évidement 22 et la surface supérieure du siège 20 en verre forment conjointement une chambre fermée (par exemple sous vide) de pression de référence.
D'autre part, la zone de détection 2:3a sur la surface supérieure de la puce 21 35 de détecteur est destinée à être exposée à une pression à détecter. Sur la zone de détection 23a se trouvent quatre transducteurs (ou piézorésistances) 24a 24d qui sont des couches à diffusion d'impureté formées à la surface de la puce 21 de détecteur. Plus particulièrement, dans la présente forme de réalisation, les transducteurs 24a 24d sont formés en dopant un substrat en silicium de type N à l'aide d'un dopant de type P. Par ailleurs, ces transducteurs 24a 24d forment conjointement un montage en pont dans la puce 21 de détecteur.
Lorsqu'une pression est appliquée à la zone de détection 23a sur la surface supérieure de la puce 21 de détecteur, la différence de pression entre les deux surfaces opposées du diaphragme 23 (à savoir la zone de détection 23a et la face to inférieure de l'évidement 22) provoque un changement de déformation du diaphragme 23. Ce changement de déformation provoque un changement de la valeur de résistance électrique des transducteurs 24a 24d en raison de l'effet piézorésistif qu'ont ces transducteurs 24a 24d. Ensuite, le montage en pont détecte le changement de la valeur de résistance électrique des transducteurs 24a 24d en générant de ce fait un signal électrique représentative de la pression appliquée à la zone de détection 23a.
Comme représenté sur les figures 4 et 5, la puce 21 de détecteur comporte quatre plots 25a 25d de contact électrique constitués par un film d'aluminium et respectivement disposés aux quatre coins de la surface supérieure rectangulaire de la puce 21 de détecteur. Par l'intermédiaire de ces plots 25a 25d de contact électrique, le montage en pont formé dans la puce 21 de détecteur est alimenté en électricité, et le signal électrique produit par le montage en pont est appliqué à un moyen extérieur (par exemple un circuit ou dispositif extérieur). Sur chacun des plots 25a 25d de contact électrique sont successivement appliqués un plaquage de nickel (Ni) et un plaquage d'or (Au), ce qui forme une stratification 26 permettant d'établir une connexion électrique par brasage pour le plot de contact électrique.
Ainsi, la puce 21 de détecteur, qui est reçue dans l'évidement 11 de l'embase 10, comporte le diaphragme 23 formé dans celle-ci de façon à générer le signal électrique représentant la pression détectée. La puce 21 de détecteur comporte également la surface supérieure munie de la zone de détection 23a et les plots 25a 25d de contact électrique qui sont disposés sur la surface supérieure.
Dans la présente forme de réalisation, les plots 25a 25d de contact électrique sont disposés de manière symétrique, sur la surface supérieure rectangulaire de la puce 21 de détecteur, par rapport à la zone de détection 23a. Plus particulièrement, les plots 25a et 25d de contact électrique sont disposés en diagonale dans une paire de coins opposés de la surface supérieure, tandis que les plots 25b et 25c de contact électrique sont disposés en diagonale dans l'autre paire de coins de celle-ci.
Il faut souligner que si on utilise seulement deux plots de contact électrique, au lieu de quatre, il est préférable que les plots de contact électrique soient placés en diagonale dans une seule paire de coins de la surface supérieure rectangulaire de la puce 21 de détecteur, par rapport à la zone de détection 23a formée au centre de la même surface.
En outre, en référence aux figures 4 5, il est prévu quatre bornes électriques 12a 12d, dont chacune est enfouie dans l'embase 10 et comporte une face découverte dans un coin de la surface supérieure rectangulaire de l'embase 10. Plus particulièrement, les bornes électriques 12a 12d se présentent chacune sous la forme d'une plaque allongée et s'étendent dans le sens de la longueur de l'embase 10.
De plus, comme représenté sur la Fig. 5, les faces découvertes des bornes électriques 12a 12d, la surface supérieure de la puce 21 de détecteur et la surface supérieure de l'embase 10 se trouvent toutes dans le même plan.
Considérant à nouveau les figures 3A 3B, le substrat 30 a lui aussi la forme d'une plaque rectangulaire. Le substrat 30 comporte une feuille de résine 31, laquelle a des propriétés de plasticité thermique et d'isolation électrique, et plusieurs conducteurs électriques 32a 32d disposés à l'intérieur de la feuille de résine 31.
La feuille de résine 31 peut, par exemple, être en PEEK (polyétheréthercétone), en PEI (polyétherimide), en PPS (sulfure de polyphénylène), en PBT (polytéréphtalate de butylène), en PET (polytéréphtalate d'éthylène), en PEN (polynaphtalate d'éthylène) ou en LCP (polymère en cristaux liquides), ou peut être constituée par un mélange de ceux-ci. D'autre part, les conducteurs électriques 32a 32d peuvent par exemple être réalisés en Cu.
La feuille de résine 31 a, comme représenté sur les figures 3A 3B, une ouverture circulaire 33 formée au centre et au travers de la feuille de résine 31. L'ouverture 33 est prévue pour permettre, lorsque la feuille de résine 31 est réunie à la puce 21 de détecteur comme représenté sur les figures 1 et 2, à la zone de détection 23a de la puce 21 de détecteur d'être exposée à la pression à détecter. Autour de l'ouverture 31, les conducteurs électriques 32a 32d ont une disposition symétrique.
La feuille de résine 31 comporte en outre plusieurs trous de passage 34a 35 34d, dont chacun est formé dans la feuille de résine 31 à l'extrémité intérieure (c'est- à-dire l'extrémité proche de l'ouverture 33) d'un des conducteurs électriques 32a 32d. Par l'intermédiaire des trous de passage 34a 34d, toutes les extrémités intérieures des conducteurs électriques 32a 32d sont découvertes. De même, les extrémités extérieures des conducteurs électriques 32a 32d sont aussi exposées par l'intermédiaire de trous traversants formés dans la feuille de résine 31 de la même manière que les trous traversants 34a 34d,.
Ainsi, le substrat 30 est agencé de telle manière que les conducteurs électriques 32a 32d sont disposés à l'intérieur de la feuille de résine 31. Le substrat 30 est réuni par emboutissage thermique à toutes les surfaces supérieures de la puce 21 de détecteur, de l'embase 10 et des bornes électriques 12a 12d, en formant de la sorte le détecteur 1 de pression selon la présente forme de réalisation.
En même temps, les conducteurs électriques 32a 32d du substrat 30 sont, en considérant à nouveau les figures 1 et 2, réunis par brasage aux plots 25a 25d de contact électrique de la puce 21 de détecteur et aux bornes électriques 12a 12d.
En particulier, de la pâte à braser a, pour commencer, été appliquée sur toutes les extrémités intérieures et extérieures des conducteurs électriques 32a 32d du substrat 30 à travers les trous traversants formés dans la feuille de résine 31. Ensuite, le substrat 30 a été placé sur les surfaces supérieures de la puce 21 de détecteur, de l'embase 10 et des bornes électriques 12a 12d et réuni à celles-ci par emboutissage thermique.
Pendant l'emboutissage thermique, la pâte à braser est fondue sous l'effet de la chaleur appliquée à celle-ci, en réunissant de ce fait respectivement les extrémités intérieures des conducteurs électriques 32a 32d du substrat aux plots 25a 25d de contact électrique de la puce 21 de détecteur et les extrémités extérieures de ceux-ci aux bornes électriques 12a 12d. De la sorte, toute les parties de jonction entre les conducteurs électriques 32a 32d et les plots 25a 25d de contact électrique et entre les conducteurs électriques 32a 32d et les bornes électriques 12a 12d sont hermétiquement noyées dans la feuille de résine 31, tandis que la zone de détection 23a de la surface supérieure de la puce 21 de détecteur est exposée à travers l'ouverture 33 de la feuille de résine 31.
Autrement dit, à l'exception de la zone de détection 23a, les surfaces supérieures de la puce 21 de détecteur et l'embase 10 sont toutes entièrement couvertes par le substrat 30. En outre, les surfaces supérieures des bornes électriques 12a 12d sont partiellement couvertes par le substrat 30, sans qu'aucune zone de celles-ci ne soit exposée à la pression à détecter.
Il faut souligner que les parties des bornes électriques 12a 12d qui dépassent de l'embase 10, comme représenté sur les figures 1 et 2, servent à établir une connexion électrique du détecteur de pression 1 avec un moyen extérieur; ces parties ne sont pas destinées à être exposées à la pression à détecter.
En résumé, dans le détecteur 1 de pression selon la présente forme de réalisation, le substrat 30 est réuni à la puce 21 de détecteur de façon que la zone de détection 23a de la puce 21 de détecteur soit destinée à être exposée à la pression à détecter via l'ouverture 33 de la feuille de résine 31 du substrat 30, que les plots 25a 25d de contact électrique de la puce 21 de détecteur soient électriquement connectés aux conducteurs électriques 32a 32d du substrat 30 et que les plots de contact électrique de la puce 21 de détecteur et les conducteurs électriques du substrat 30 soient tous hermétiquement noyés dans la feuille de résine 31 du substrat 30.
Avec une telle structure, lorsque le détecteur de pression 1 est utilisé dans 15 une atmosphère corrosive, il est possible d'empêcher la corrosion du détecteur 1 de pression.
Par ailleurs, comme les conducteurs électriques 32a 32d sont placés dans la feuille de résine 31 du substrat 30, le détecteur 1 de pression est donc rendu compact sans le soudage de microcâblages qui, sinon, peut être nécessaire pour établir la connexion électrique du détecteur 1 de pression.
En outre, les plots 25a 25d de contact électrique de la puce 1 de détecteur sont disposés de manière symétrique, sur la surface supérieure de la puce 21 de détecteur, par rapport à la zone de détection 23a sur la surface supérieure, ce qui assure donc une grande précision du détecteur 1 de pression.
Plus particulièrement, la puce 21 de détecteur en silicium et les conducteurs électriques 32a 32d du substrat 30, qui sont en Cu, ont des coefficients de dilatation thermique différents. Par conséquent, une contrainte thermique peut être appliquée à la puce 21 de détecteur en raison de la différence de coefficient de dilatation thermique entre la puce 21 de détecteur et les conducteurs électriques 32a 32d, en provoquant donc une déformation du diaphragme 23 de la puce 21 de détecteur.
Cependant, avec l'agencement symétrique des plots 25 de contact électrique selon la présente forme de réalisation, les contraintes thermiques peuvent être appliquées de manière homogène à la surface supérieure de la puce 21 de détecteur, ce qui empêche donc une déformation irrégulière du diaphragme 23 de la puce 21 de détecteur. De la sorte, on peut empêcher une diminution de la précision du détecteur 1 de pression même lorsque le détecteur 1 de pression est utilisé dans une atmosphère à haute température.
Ainsi, le détecteur 1 de pression selon la présente forme de réalisation a un format compact et une grande résistance à la corrosion et assure donc une détection très précise de la pression. Le détecteur 1 de pression se prête en particulier à une utilisation pour détecter une pression des gaz d'échappement d'un moteur. [2ème forme de réalisation] Les figures 6 et 7 représentent un détecteur 2 de pression selon la deuxième forme de réalisation de l'invention.
Le détecteur 2 de pression est agencé pour être utilisé dans un système de contrôle de la pression de gonflage de pneumatique d'un véhicule. Plus particulièrement, le détecteur 2 de pression est destiné à être installé sur un pneumatique (ou sur la roue d'un pneumatique) du véhicule, détecte directement la pression de gonflage du pneumatique et transmet des informations sur la pression de gonflage détectée du pneumatique à un dispositif de commande (non représenté) installé dans la carrosserie du véhicule, par communication radioélectrique ou sans fil. Lorsque la pression de gonflage détectée du pneumatique devient inférieure à une valeur prédéterminée, le dispositif de commande sert à transmettre une alerte au conducteur du véhicule.
Comme représenté sur les figures 6 et 7, le détecteur 2 de pression comprend principalement une embase 10, une puce 21 de détecteur (ou élément détecteur), une puce 30 de circuit et un substrat 40. L'embase 10 est en résine et comporte deux évidements 11 et 12 formés dans celle-ci, lesquels débouchent tous deux vers le haut sur la figure 7. La puce 21 de détecteur et la puce 30 de circuit sont respectivement reçues dans les évidements 11 et 12 de l'embase 10. Le substrat 40 est réuni à l'embase 10, à la puce 21 de détecteur et à la puce 30 de circuit de façon à couvrir les surfaces supérieures de l'embase 10 et des deux puces 21 et 30.
Le substrat 40 est représenté plus en détail sur les figures 8A et 8B, sans l'embase 10 et les deux puces 21 et 30 n'étant pas réunies à celuici.
En revanche, les figures 9 et 10 représentent l'embase 10 dans laquelle sont disposées la puce 21 de détecteur et la puce 30 de circuit, le substrat 40 n'étant pas représenté.
Comme représenté sur les figures 9 et 10, dans la présente forme de réalisation, l'embase 10 se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire et les évidements 11 et 12 sont formés dans une zone centrale de la surface supérieure rectangulaire de l'embase 10.
La puce 21 de détecteur est réunie à une surface supérieure d'un siège 20 en verre et est reçue dans l'évidement 11 de l'embase 10 conjointement avec le siège en 5 verre 20. La puce 21 de détecteur, qui est en silicium, se présente sous la forme
d'une plaque rectangulaire et comporte un évidement 22 formé au centre de la surface inférieure de la puce 21 de détecteur et débouchant vers le bas sur la Fig. 10. A l'aide de l'évidement 22, un diaphragme 23 est obtenu dans la puce 21 de détecteur.
En particulier, la face inférieure de l'évidement 22, qui a une forme octogonale comme indiqué par un trait discontinu sur la Fig. 9, et une zone de détection 23 de la surface supérieure de la puce 21 de détecteur constituent conjointement le diaphragme 23. Comme la puce 21 de détecteur est réunie au siège de verre 20 de la manière illustrée sur la Fig. 10, l'évidement 22 et la surface supérieure du siège de verre 20 forment conjointement une chambre fermée (par exemple sous vide) de pression de référence.
D'autre part, la zone de détection 23a de la surface supérieure de la puce 21 de détecteur est destinée à être soumise à une pression détectée. Sur la zone de détection 23a sont présents quatre transducteurs (ou piézorésistances) 24a 24d qui sont des couches à diffusion d'impureté formées sur la surface de la puce 21 de détecteur. Plus particulièrement, dans la présente forme de réalisation, les transducteurs 24a 24d sont formés en dopant un substrat en silicium de type N avec un dopant du type P. En outre, ces transducteurs 24a à 24d forment conjointement un montage en pont dans la puce 21 de détecteur.
Lorsqu'une pression est appliquée à la zone de détection 23a de la surface supérieure de la puce 21 de détecteur, la différence de pression entre les deux surfaces opposées du diaphragme 23 (à savoir la zone de détection 23a et la face inférieure de l'évidement 22) provoque un changement de déformation ou de contrainte du diaphragme 23. Ce changement de déformation ou de contrainte amène les valeurs de résistance électrique des transducteurs 24a 24d à changer en raison de l'effet piézoélectrique que possèdent ces transducteurs 24a 24d. Ensuite, le montage en pont détecte les variations de la valeur de résistance électrique des transducteurs 24a 24d en générant de ce fait un signal électrique représentatif de la pression appliquée à la zone de détection 23a.
La puce 21 de détecteur comporte, comme représenté sur les figures 9 et 10, quatre plots 25a 25d de contact électrique constitués par un film d'aluminium et disposés sur le côté gauche de la surface supérieure rectangulaire de la puce 21 de détecteur. Par l'intermédiaire de ces plots 25a 25d de contact électrique, le montage en pont formé dans la puce 21 de détecteur est alimenté en électricité et le signal électrique produit par le montage en pont est appliqué à un moyen extérieur (par exemple un circuit ou un dispositif extérieur). Sur chacun des plots 25a 25d de contact électrique sont tour à tour appliqués un placage de Ni et un placage de Au, formant ainsi un stratifié 26 qui permet, par brasage, de réaliser une connexion électrique pour le plot de contact électrique.
Ainsi, la puce 21 de détecteur, qui est logée dans l'évidement 11 de l'embase 10, contient le diaphragme 23 de façon à générer le signal électrique représentant la pression détectée. La surface supérieure de la puce 21 de détecteur comporte par ailleurs la zone de détection 23a et les plots 25a 25d de contact électrique.
D'autre part, la puce 30 de circuit comporte divers dispositifs par lesquels au moins trois circuits électriques différents sont créés dans la puce 30 de circuit. En particulier, il s'agit du premier circuit servant à traiter (par exemple en amplifiant) le signal électrique fourni par la puce 21 de détecteur, le deuxième circuit servant à établir une communication radioélectrique ou sans fil entre le détecteur 2 de pression et un moyen extérieur (c'est-à-dire le dispositif de commande installé dans la carrosserie du véhicule) à l'aide d'une antenne décrite plus loin, et le troisième circuit servant à produire de l'électricité sous l'effet du moyen extérieur par l'intermédiaire de l'antenne.
Il faut souligner que bien que les trois circuits électriques soient intégrés dans une seule puce de circuit dans la présente forme de réalisation, ils peuvent également être respectivement réalisés dans trois puces de circuit différents et ils sont ensuite électriquement connectés les uns aux autres.
Comme représenté sur les figures 9 et 10, la puce 30 de circuit se présente sous la forme d'une plaque rectangulaire et comporte quatre plots 31a 31d de contact électrique constitués par un film d'aluminium et disposés le long du côté droit de la surface supérieure rectangulaire de la puce 30 de circuit. La puce 30 de circuit comporte en outre deux plots 32a 32b de contact électrique également constitués par un film d'aluminium et disposés le long du côté gauche de la surface supérieure de la puce 30 de circuit, près du coin supérieur gauche de celle-ci. Sur chacun des plots 31a 31d et 32a 321b de contact électrique sont tour à tour appliqués un placage de Ni et un placage de Au formant ainsi un stratifié 33 qui permet, par brasage, d'établir une connexion électrique pour le plot de contact électrique.
Ainsi, la puce 30 de circuit, qui est reçue dans l'évidement 12 de l'embase 10, comporte les trois circuits électriques et possède la surface supérieure sur laquelle sont disposés les plots 31a 31d et 32a 32b de contact électrique. Par l'intermédiaire des plots 31a 31d de contact électrique, la puce 30 de circuit fournit de l'électricité à la puce 21 de détecteur et reçoit de la puce 21 de détecteur le signal électrique représentant la pression détectée. Par l'intermédiaire des plots 32a 32b de contact électrique, la puce 30 de circuit est électriquement connectée à l'antenne de façon à communiquer avec le moyen extérieur.
De plus, comme représenté sur la Fig. 10, les surfaces supérieures de la puce 21 de détecteur, de la puce 30 de circuit et de l'embase 10 se trouvent toutes dans le même plan.
Considérant à nouveau les figures 8A 8B, le substrat 40 se présente lui aussi sous la forme d'une plaque rectangulaire. Le substrat 40 comporte une feuille de résine 41, qui possède des propriétés de plasticité thermique et d'isolation électrique, et plusieurs conducteurs électriques 42a 42d et 43 qui sont disposés dans la feuille de résine 31.
La feuille de résine 41 peut par exemple être en PEEK, en PEI, en PPS, en PBT, en PET, en PEN, en LCP ou peut être constituée par un mélange de ceux-ci. D'autre part, les conducteurs électriques 42a 42d et 43 peuvent par exemple être en Cu.
La feuille de résine 41 a, comme représenté sur les figures 8A 8B, une ouverture circulaire 44 ménagée pour permettre à la zone de détection 23a de la puce 21 de détecteur, lorsque la feuille de résine 41 est réunie à la puce 21 de détecteur comme représenté sur les figures 6 7, d'être exposée à la pression à détecter.
Les conducteurs électriques 42a 42d sont disposés parallèlement les uns aux autres dans une zone centrale de la feuille de résine 41 et servent à connecter électriquement la puce 21 de détecteur à la puce 30 de circuit. Le conducteur électrique 43 a une forme en boucle et constitue l'antenne par l'intermédiaire de laquelle la communication radioélectrique ou sans fil entre le détecteur 2 de pression et le moyen extérieur se fait et la puce 30 de circuit est amenée par le moyen extérieur à produire de l'électricité. En outre, tous les conducteurs électriques 42a 42d et 43 sont découverts sur la surface inférieure de la feuille de résine 41.
Ainsi, le substrat 40 est agencé pour comporter la feuille de résine 41 dans laquelle sont disposés les conducteurs électriques 42a 42d et l'antenne 43. Le substrat 40 est réuni par emboutissage thermique à toutes les surfaces supérieures de la puce 21 de détecteur, de la puce 30 de circuit et de l'embase 10 en formant de ce fait le détecteur 2 de pression selon la présente forme de réalisation.
En même temps, les conducteurs électriques 42a 42d et l'antenne 43 du substrat 40 sont, en considérant à nouveau les figures 6 et 7, réunis par brasage aux plots 25a 25d de contact électrique de la puce 21 de détecteur et aux plots 31a 31d et 32a 32b de contact électrique de la épuce 30 de circuit.
En particulier, de la pâte à braser est initialement appliquée aux deux extrémités de chacun des conducteurs électriques 42a 42d et de l'antenne 43 qui sont découvertes sur la surface inférieure de la feuille de résine. Ensuite, le substrat 40 est placé sur les surfaces supérieures de la puce 21 de détecteur, de la puce 30 de circuits et de l'embase 10 et il est réuni à celles-ci par emboutissage thermique.
Pendant l'emboutissage thermique, la pâte à braser est fondue par la chaleur transmise à celle-ci, en réunissant ainsi respectivement les conducteurs électriques 42a 42d du substrat 40 aux plots 25a 25d de contact électrique de la puce 21 de détecteur et les plots 31a 31d de contact électrique de la puce 30 de circuit et réunissant l'antenne 43 aux plots 32a 32b de contact électrique. De la sorte, toutes les parties de jonction entre les conducteurs électriques 42a 42d et les plots 25a 25d, 31a 31d de contact électrique et entre l'antenne 43 et les plots 32a 32b de contact électrique sont hermétiquement enfouies dans la feuille de résine 41, tandis que la zone de détection 23a de la puce 21 de détecteur est découverte par l'intermédiaire de l'ouverture 44 de la feuille de résine 41.
Autrement dit, à l'exception de la zone de détection 23a, les surfaces supérieures de la puce 21 de détecteur, de la puce 30 de circuit et de l'embase 10 sont toutes entièrement couvertes par le substrat 30.
En résumé, dans le détecteur 2 de pression selon la présente forme de réalisation, le substrat 40 est réuni à la puce 21 de détecteur et à la puce 30 de circuit de façon que la zone de détection 23a de la puce 21 de détecteur soit destinée à être exposée à la pression à détecter au travers de l'ouverture 44 de la feuille de résine 41 du substrat 40, les plots 25a 25d de contact électrique de la puce 21 de détecteur et les plots 31a 31d, 32a 32b de contact électrique de la puce 30 de circuit sont électriquement connectés aux conducteurs électriques 42a 42d et 43 du substrat 40 et tous les plots de contact électrique de la puce 21 de détecteur et de la puce 30 de circuit et les conducteurs électriques du substrat 40 sont hermétiquement noyés dans la feuille de résine 41 du substrat 40.
Avec une telle structure, lorsque le détecteur 2 de pression est utilisé dans une atmosphère corrosive, il est possible d'empêcher la corrosion du détecteur 2 de pression En outre, comme les conducteurs électriques 42a 42d et l'antenne 43 sont disposés dans la feuille de résine 41 du substrat 40, le détecteur 2 de pression est donc réalisé sous un format compact sans le soudage de microcâblages, ce qui, sinon, peut être nécessaire pour réaliser la connexion électrique du détecteur 2 de pression, et sans grande antenne spécialisée.
En outre, la puce 30 de circuit comprend le premier circuit pour traiter le signal électrique fourni par la puce 21 de détecteur, le deuxième circuit pour réaliser la communication radioélectrique entre le détecteur 2 de pression et le moyen extérieur (à savoir le dispositif de commande dans la carrosserie du véhicule) avec l'antenne 43, et le troisième circuit pour générer de l'électricité sous l'effet du moyen extérieur par l'intermédiaire de l'antenne 43.
Par conséquent, le détecteur 2 de pression peut communiquer par voie radioélectrique ou sans fil avec le moyen extérieur et peut être alimenté en électricité, sans aucune borne ni pile électrique supplémentaire qui, sinon, peut être nécessaire pour transmettre des signaux électriques et réaliser une alimentation électrique.
De plus, l'antenne 43 a une forme en boucle, aussi une superficie suffisamment grande de l'antenne 43 est-elle garantie pour recevoir des signaux sous forme d'ondes électriques, assurant de ce fait une grande sensibilité de l'antenne 43.
De plus, il faut souligner que la puce 30 de circuit du détecteur 2 de pression comprend en outre un circuit de compensation de température afin de compenser les erreurs de détection du détecteur 2 de pression qui résultent de variations de la température ambiante.
Ainsi, le détecteur 2 de pression selon la présente forme de réalisation a un format compact et une grande résistance à la corrosion et assure une détection très précise de la pression. Le détecteur 2 de pression convient en particulier pour une utilisation dans le système de contrôle de pression de gonflage d'un pneumatique d'un véhicule.
[Autres formes de réalisation] Les modifications, changements et perfectionnements ci-après, entrant dans le cadre de la technique, sont destinés à être couverts par la présente invention.
Par exemple, dans la première forme de réalisation de l'invention, le détecteur 1 de pression est agencé pour détecter une pression des gaz d'échappement d'un moteur.
Cependant, le détecteur 1 de pression peut également être agencé pour détecter n'importe quelles autres pressions, par exemple la pression de gonflage d'un pneumatique comme dans la deuxième forme de réalisation de l'invention.
De plus, dans la deuxième forme de réalisation de l'invention, la puce 30 de circuit et le détecteur 2 de pression comportent les trois circuits électriques.
Cependant, la puce 30 de circuit peut également être agencée de façon à ne comporter que le premier circuit servant à traiter le signal électrique fourni par la puce 21 de détecteur et le deuxième circuit pour exécuter la communication radioélectrique entre le détecteur 2 de pression et le moyen extérieur à l'aide de l'antenne 43, sans le troisième circuit qui sert à produire de l'électricité. Même dans ce cas, le détecteur 2 de pression reste plus compact que le détecteur de pression existant décrit précédemment.
Claims (21)
1. Détecteur (1) de pression, caractérisé en ce qu'il comprend: une puce (21) de détecteur agencé de sorte à générer un signal électrique en fonction d'une pression détectée, ladite puce (21) de détecteur ayant une surface qui comporte une zone de détection (23a) et plusieurs plots (25a 25d) de contact électrique disposés sur la surface de ladite puce (21) de détecteur; et un substrat (30) comportant une feuille de résine (31) à travers laquelle est ménagée une ouverture (33), et plusieurs conducteurs électriques (32a 32d) disposés dans la feuille de résine (31), ledit substrat étant réuni à ladite puce (21) de détecteur de façon que la zone de détection (23a) de la surface de ladite puce (21) de détecteur soit destinée à être soumise à la pression détectée à travers l'ouverture (33) de la feuille de résine (31) dudit substrat (30), les plots (25a 25d) de contact électrique de ladite puce (21) de détecteur sont électriquement connectés aux conducteurs électriques (32a 32d) dudit substrat (30), et les plots (25a 25d) de contact électrique et conducteurs électriques (32a 32d) sont tous noyés hermétiquement dans la feuille de résine (31) dudit substrat (30).
2. Détecteur (1) de pression, caractérisé en ce qu'il comprend: une puce (21) de détecteur agencée de sorte à générer un signal électrique en fonction d'une pression détectée, ladite puce (21) de détecteur ayant une surface qui comporte une zone de détection (23) et plusieurs plots de contact (25a 25d) électrique disposés de manière symétrique, sur la surface de ladite puce (21) de détecteur, par rapport à la zone de détection (23a) ; et un substrat (30) comportant une feuille de résine (31) qui possède une ouverture (34) formée à travers celui-ci et plusieurs conducteurs électriques (32a --32d) disposés à l'intérieur de la feuille de résine (31), ledit substrat (30) étant réuni à ladite puce (21) de détecteur de façon que la zone de détection (23a) de la surface de ladite puce (21) de détecteur soit destinée à être soumise à la pression détectée à travers l'ouverture (34) de la feuille de résine (31) dudit substrat (30), les plots (25a --25d) de contact électrique de ladite puce (21) de détecteur sont électriquement connectés aux conducteurs électriques (32a 32d) dudit substrat (30), et les plots (25a 25d) de contact électrique et conducteurs électriques (32a 32d) sont tous hermétiquement noyés dans la feuille de résine (31) dudit substrat (30).
3. Détecteur de pression (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit substrat (30) est réuni à ladite puce (21) de détecteur par emboutissage thermique.
4. Détecteur (1) de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de ladite puce (21) de détecteur a une forme rectangulaire et la zone de détection (23a) est formée au centre de la surface rectangulaire de ladite puce (21) de détecteur, et en ce qu'au moins une paire des plots (25a 25d) de contact électrique de ladite puce (21) de détecteur est disposée en diagonale dans une paire de coins opposés de la surface rectangulaire de ladite puce (21) de détecteur.
Io
5. Détecteur (1) de pression selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux paires des plots (25a 25d) de contact électrique de ladite puce (21) de détecteur sont disposés aux quatre coins de la surface rectangulaire de ladite puce de détecteur.
6. Détecteur (1) de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une pluralité de bornes électriques (12a 12d) pour établir une connexion électrique du détecteur (1) de pression avec des circuits extérieurs, lesdites bornes électriques (12a 12d) étant montées sur ledit substrat (30) de façon que lesdites bornes électriques (12a 12d) soient électriquement connectées aux conducteurs électriques (32a 32d) dudit substrat (30) et soient partiellement couvertes par la feuille de résine (31) dudit substrat (30) sans qu'une partie desdites bornes électriques (12a 12d) ne soit exposée à la pression détectée.
7. Détecteur (1) de pression selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites bornes électriques (12a 12d) sont montées sur ledit substrat (30) par emboutissage thermique.
8. Détecteur (1) de pression selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression détectée est une pression de gaz d'échappement d'un moteur.
9. Détecteur (2) de pression, caractérisé en ce qu'il comprend: une embase (10) ; une puce (21) de détecteur supportée par ladite embase (10) et agencée de sorte à générer un signal électrique en fonction d'une pression détectée, ladite puce (21) de détecteur ayant une surface qui comporte une zone de détection (23a) et une pluralité de plots (25a 25d) de contact électrique disposés sur la surface de ladite puce (21) de détecteur; une puce (30) de circuit supportée par ladite embase (10), ladite puce 35 (30) de circuit comportant un circuit agencé pour traiter le signal électrique généré par ladite puce (21) de détecteur, ladite puce (30) de circuit ayant également une surface sur laquelle sont disposés plusieurs 'plots (41a 41b) de contact électrique de ladite puce (30) de circuit; et un substrat (40) comportant une feuille de résine (41) à travers laquelle une ouverture est ménagée et plusieurs conducteurs électriques (42a 42d) disposés dans la feuille de résine (41), ledit substrat (40p) étant réuni à ladite puce (21) de détecteur et à ladite puce (30) de circuit de façon que la zone de détection (23) de la surface de ladite puce (21) de détecteur soit destinée à être exposée à la pression détectée à travers l'ouverture (33) de la feuille de résine (41) dudit substrat (40), que les plots (25a 25d), (31a 31d) de contact électrique de ladite puce (20) de détecteur et de ladite puce (30) de circuit soient électriquement connectés aux conducteurs électriques (42a 42d) dudit substrat (40) et que les plots (25a 25d), (31a 31 d) de contact électrique de ladite puce (21) de détecteur et de ladite puce (30) de circuit et les conducteurs électriques (42a 42d) dudit substrat (40) soient tous hermétiquement noyés dans la feuille de résine dudit substrat.
10. Détecteur (2) de pression selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit substrat (40) est réuni à ladite puce (21) de détecteur et à ladite puce (30) de circuit par emboutissage thermique.
11. Détecteur (2) de pression selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins un des conducteurs électriques (42a 42d) dudit substrat (40) est conçu pour servir d'antenne, et ladite puce (30) de circuit comporte en outre un circuit conçu pour établir une communication sans fil entre le détecteur (21) de pression et un moyen extérieur par l'intermédiaire de l'antenne.
12. Détecteur (2) de pression selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite puce (30) de circuit comporte en outre un circuit conçu pour produire de l'électricité sous l'effet du moyen extérieur par l'intermédiaire de l'antenne.
13. Détecteur (2) de pression selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'antenne a une forme en boucle.
14. Détecteur (2) de pression selon la revendication 11, caractérisé en ce que la pression détectée est une pression de gonflage d'un pneumatique d'un véhicule.
15. Détecteur (2) de pression selon la revendication 14, caractérisé en ce que le détecteur (2) de pression est conçu pour être installé sur le pneumatique ou sur une roue du pneumatique, et la puce (30) de circuit est conçue pour réaliser la communication sans fil entre le détecteur (21) de pression et un dispositif installé dans une carrosserie du véhicule par l'intermédiaire de l'antenne.
16. Détecteur (2) de pression selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'au moins un des conducteurs électriques (42a 42d) dudit substrat (40) est conçu pour servir d'antenne, et ladite puce (30) de circuit comporte en outre un circuit conçu pour produire de l'électricité sous l'effet d'un moyen extérieur par l'intermédiaire de l'antenne.
17. Détecteur (2) de pression selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'antenne a une forme en boucle.
18. Détecteur (2) de pression selon la revendication 16, caractérisé en ce que la pression détectée est une pression de gonflage d'un pneumatique de véhicule.
19. Détecteur (2) de pression selon la revendication 18, caractérisé en ce que le détecteur (21) de pression est agencé de sorte à être installé sur le pneumatique ou sur une roue du pneumatique, et la puce (30) de circuit est agencée pour produire de l'électricité sous l'effet d'un dispositif installé dans une carrosserie du véhicule par l'intermédiaire de l'antenne.
20. Détecteur (2) de pression selon la revendication 9, caractérisé en ce que la pression détectée est une pression de gonflage d'un pneumatique de véhicule.
21. Détecteur (2) de pression pour détecter une pression de gonflage d'un pneumatique de véhicule, le détecteur (2) de pression étant agencée pour être installé sur le pneumatique ou sur une roue du pneumatique et comportant une antenne de façon à réaliser une communication sans fil entre le détecteur (21) de pression et un dispositif installé dans la carrosserie du véhicule.
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