FR2941532A1

FR2941532A1 - Dispositif de capteur et son procede de fabrication

Info

Publication number: FR2941532A1
Application number: FR1050378A
Authority: FR
Inventors: Sebastian Guenther; Rolf Kaack
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2010-07-30
Also published as: IT1397893B1; US8584523B2; ITMI20100066A1; DE102009000407A1; US20100186508A1; DE102009000407B4

Abstract

Dispositif de capteur comportant une plaque de base, une masse sismique (50) avec une face supérieure et une face inférieure (58). L'accélération de la plaque de base déplace la masse sismique (50) dans une direction non parallèle à la face supérieure et/ou la face inférieure (58). Elle comprend également une butée (62a, 62b) sur la masse sismique (50) et une installation de détection et d'exploitation (60a, 60b). L'installation de détection est conçue pour saisir tout mouvement de déplacement de la masse sismique (50) par rapport à la plaque de base et déterminer une information concernant l'accélération du dispositif de capteur et/ou une force agissant sur le dispositif. La masse sismique (50) comprend une zone élastique (84) avec une butée (62a, 62b) et une zone résiduelle déplaçable. La zone élastique (84) est reliée par un ressort (66) à la zone résiduelle. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel dispositif de capteur.

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un dispositif de capteur comprenant : - une plaque de basse, - une masse sismique ayant une face supérieure et une face inférieure prévues sur ou par rapport à la plaque de base de façon qu'en cas d'accélération de la plaque de base, la masse sismique se déplace dans une position de sortie pour la face supérieure et/ou la face inférieure de la masse sismique dans une direction non parallèle à la plaque de base, - au moins la face supérieure et/ou la face inférieure de la masse sismique comporte une butée en saille, et - une installation de détection et d'exploitation est conçue pour détecter le mouvement de déplacement de la masse sismique par rapport à la plaque de base et en tenant compte du mouvement de déplace-ment, de fixer une information concernant l'accélération du dispositif de capteur et/ou d'une force agissant sur le dispositif de capteur. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel dispositif de capteur comprenant les étapes suivantes : - installation d'une masse sismique avec la face supérieure et la face inférieure sur et contre une plaque de base, la masse sismique étant installée sur et contre la plaque de base de façon qu'en cas d'accélération de la plaque de base, la masse sismique est déplacée dans une position de sortie pour la face supérieure et/ou la face in- férieure de la masse sismique, dans une direction alignée de manière non parallèle par rapport à la plaque de base, - réalisation d'au moins une butée sur la face supérieure et/ ou la face inférieure de la masse sismique, - réalisation d'une installation de détection et d'exploitation conçue pour détecter pendant le fonctionnement du dispositif de capteur, un mouvement de déplacement de la masse sismique par rapport à la plaque de base et en tenant compte du mouvement de déplacement, de fixer une information concernant une accélération du dispositif de capteur et/ou une force agissant sur le dispositif de capteur.

2 Etat de la technique Pour déterminer une accélération de rotation et/ ou une accélération linéaire appliquée à des corps mobiles, on utilise fréquemment un capteur inertiel installé sur le corps mobile.

Les figures lA et 1B montrent une section et une vue de dessus d'un capteur inertiel connu. Le capteur inertiel représenté schématiquement est réalisé sous la forme d'un capteur d'accélération 10 qui détecte son accélération linéaire 12 dirigée perpendiculairement à un substrat 14 et fournit une grandeur correspondant à cette accélération. Le substrat 14 forme un boîtier d'accélérateur 10 avec une partie de châssis 16 et une plaque de couverture 18 délimitant un volume intérieur 20. La plaquette de couverture 18 est fixée à la partie de châssis 16 par une couche de verre de scellement 22. Des zones résiduelles d'une couche d'isolation 24 et d'une couche métallique et/ou semi-conductrice 26 se trouve entre le substrat 14 et la partie de châssis 16. Une masse sismique 28 du capteur d'accélération 10 est logée dans le volume intérieur 20. La figure 1B est une vue en plan de la face inférieure 30 de la masse sismique 28. Cette masse 28 est reliée par quatre ressorts de flexion 32 à un moyen d'ancrage 34 et fonctionne comme bascule anti-symétrique pouvant tourner autour d'un axe de rotation 36 par rapport au boîtier du capteur d'accélération 10. La masse sismique 28 a une répartition massique anti-symétrique par rapport à l'axe de rotation 36. La rigidité des ressorts de flexion 32 est conçue pour l'accélération linéaire du capteur d'accélération 10 dans la direction 12 déplace la masse sismique 28 de sa position de repos au-tour de l'axe de rotation 36 par rapport au boîtier du capteur d'accélération 10. Pour déterminer le mouvement de la masse sismique 28 à partir de sa position de sortie ou de repos autour de l'axe de rotation 36, le capteur d'accélération 10 comporte des électrodes de détection 38a, 38b. Ces électrodes sont prévues au voisinage de la face inférieure 30 de manière fixe par rapport au boîtier formé des composants 14 à 18. Les électrodes de détection 38a, 38b sont isolées électriquement du substrat 14 par des zones partielles de la couche d'isolation 24.

3 Lorsque le capteur d'accélération 10 subit une accélération dans la direction 12, la répartition anti-symétrique de la masse sismique 28 par rapport à l'axe de rotation 36 et des distances moyennes dl et d2 entre la face inférieure 30 et les électrodes de détection 38a et 38b. La capacité d'un premier condensateur formé de l'électrode de détection 38a et d'une surface partielle de la face inférieure 30 ainsi que celle d'un second condensateur formé de la seconde électrode de détection 38b et d'une autre surface partielle de la face inférieure 30 varie en fonction des variations des distances moyennes dl et d2. L'exploitation des capacités des condensateurs permet ainsi de déterminer une grandeur de l'accélération dans la direction 12. Comme le procédé d'exploitation des capacités des condensateurs du capteur d'accélération 10 est connu selon l'état de la technique, la description ne sera pas détaillée.

Pour permettre la détermination fiable d'une position de la masse sismique 28 par rapport au boîtier du capteur d'accélération 10, il est avantageux que les distances moyennes dl et d2 soient aussi petites que possible. Mais il en résulte le risque que des zones des mas-ses sismiques 28 butent contre le boîtier du capteur d'accélération 10 en cas d'accélération signification dans la direction 12. Pour éviter un contact sur une surface importante entre la masse sismique 28 et le capteur d'accélération 10 si la masse sismique 28 devait venir en butée, la face inférieure 30 comporte des butées 40 venant en saillie. De plus, des électrodes de butée 42a, 42b sont fixées au substrat 14. Ces élec- trodes sont isolées électriquement du substrat 14 par les zones résiduelles de la couche d'isolation 24. Le contact entre la masse sismique 28 et le boîtier du capteur d'accélération 10 est ainsi limité à un contact entre une butée 40a ou 40b et une électrode de butée 42a ou 42b. Toutefois, il subsiste le risque que par suite d'une stiction de la butée 40a ou 40b rencontre une électrode de butée 42a ou 42b suffisamment fortement pour que la butée 40a ou 40b reste accrochée à l'électrode de butée 42a ou 42b. Cette situation est appelée stiction de la butée 40a ou 40b contre l'électrode de butée 42a ou 42b. En outre, en cas de forte surcharge, au moins une zone partielle de butée 40a ou 40b peut se casser de la masse sismique 28 ce qui est fréquemment ap-

4 pelé formation de particules lors du choc de la butée 40a ou 40b contre l'électrode de butée 42a ou 42b. But de l'invention La présente invention a pour but de développer des moyens permettant d'éviter une stiction et/ ou une formation de parti-cules dans un dispositif de capteur du type défini ci-dessus. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de capteur du type défini ci-dessus caractérisé en ce que la masse sismique comprend au moins une zone élastique avec au moins une butée et au moins une plage résiduelle, déplaçable, la zone élastique étant reliée à la plage résiduelle par au moins un ressort. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif de capteur caractérisé en ce qu' - on réalise la masse sismique avec au moins une zone élastique comprenant au moins une butée et au moins une zone résiduelle déplaçable, - la zone étant reliée à la zone résiduelle par au moins un ressort.

La présente invention repose sur la considération que la réalisation élastique d'au moins une butée en saillie transforme en cas de choc par rapport à la zone résiduelle réglable de la masse sismique, l'énergie cinétique libérée lors du choc d'au moins une butée en énergie de flexion réversible d'au moins un ressort. En cas de surcharge, cela permet de libérer l'énergie cinétique libérée de façon à éviter une stiction de la masse sismique et/ou une formation de particules. Une réalisation élastique appropriée d'au moins une butée résulte de la zone élastique ayant au moins une butée reliée à la zone résiduelle par au moins un ressort. A titre d'exemple, la butée est réalisée sous la forme d'une zone élastique. L'expression au moins un ressort reliant la zone élastique à la zone résiduelle ne signifie pas qu'il y a un ressort de flexion reliant la masse sismique à la plaque de base. Alors que le ressort de flexion se déforme sous l'effet du déplacement de la masse sismique, le ressort avec la zone résiduelle et la zone élastique sera entrainé de fa- çon correspondante au mouvement de déplacement de la masse sismique sans subir de déformation dans la mesure où la butée ne rencontre pas la plaque de base, ni la sous-ensemble du boîtier. L'expression masse sismique avec une face supérieure 5 et une face inférieure désigne une masse sismique dont la hauteur entre la face supérieure et la face inférieure est significativement plus petite que l'extension maximale de la face supérieure et de la face inférieure. La masse sismique peut également être appelée masse sismique plate. La forme de la masse sismique correspond par exemple à un disque ou un tube aplati. Au moins la zone élastique et au moins la zone résiduelle réglable sont prévues sur ou au niveau de la plaque de base de façon à se déplacer sous l'effet des accélérations appliquées à la plaque de base dans une direction qui n'est pas parallèle à la face supérieure et/ou à la face inférieure. Toutefois, le mouvement de déplacement d'au moins une zone élastique avec au moins une butée ne doit pas correspondre au mouvement de déplacement d'au moins une zone résiduelle déplaçable. L'accélération agissant sur la plaque de base peut être une accélération linéaire et/ ou une accélération de rotation.

L'accélération peut également être un couple qui maintient un corps dans un mouvement de rotation régulier. La plaque de base peut être accélérée suivant une direction linéaire et/ou radiale. L'expression réalisation de la face supérieure et/ou de la face inférieure de la masse sismique peut désigner une position de repos et/ou une position d'un mouvement relatif exécuté par la masse sismique par rapport à la plaque de base, par exemple pour déterminer une force de Coriolis. L'information concernant l'accélération qui se définit par la présente invention peut être par exemple l'amplitude d'une accélération linéaire, une vitesse de rotation et/ou une vitesse de lacet. Comme information d'accélération, on peut déterminer également une force centrifuge ou une force centripète. L'invention comprend également la réalisation de butées élastiques dans une masse sismique d'un capteur inertiel servant à la détection d'un mouvement de déplacement de la masse sismique per- pendiculairement au plan de son substrat. Les butées sont fixées par

6 une structure de ressort à au moins une zone résiduelle déplaçable de la masse sismique. La structure de ressort peut absorber puis restituer l'énergie en cas de surcharge ce qui évite une stiction ou une formation de particules. Cela est notamment avantageux dans le cas du dispositif de capteur dont la masse sismique est reliée par au moins un ressort de flexion, relativement souple, relié à la plaque de base comme par exemple dans le cas d'un capteur N-g (faible accélérateur). Selon un mode de réalisation avantageux, la masse sismique peut tourner autour d'un axe de rotation par rapport à la plaque de base. L'invention s'applique ainsi également à un dispositif de capteur dont la masse sismique est tournée autour de l'axe de rotation par une accélération de la plaque de base ou par une force agissant sur la plaque de base. Comme alternative, la masse sismique peut être prévue sur ou dans la plaque de base pour que la masse sismique puisse exé- cuter un mouvement linéaire par rapport à la plaque de base. De manière préférentielle, le mouvement linéaire de la masse sismique est perpendiculaire à un substrat aligné comme plaque de base et qui peut être un sous-ensemble de boîtier. Selon un développement avantageux, la masse sismique est réalisée comme bascule ayant une répartition anti-symétrique de masse par rapport à l'axe de rotation. Une telle masse sismique convient bien pour déterminer des accélérations linéaires en coopérant avec une installation de détection et d'exploitation. En particulier, au moins le ressort relié par au moins une butée à la masse a une forme de U, une forme de V, une forme linéaire, et/ou une forme de méandres. Pour un diamètre relativement petit du volume occupé par le ressort, un ressort en forme de U, en forme de V et/ou en forme de méandres peut avoir une longueur relativement importante. Cela permet de convertir en énergie de flexion, l'énergie cinéti- que de la venue en butée d'au moins une butée, et cette énergie de flexion est répartie sur une longueur totale, relativement importante du ressort. On évite ainsi en toute sécurité la flexion ou la rupture du ressort. En outre un ressort linéaire est facile à fabriquer. En particulier, au moins une butée peut être reliée par au moins deux ressorts symétriques par rapport à un axe de symétrie

7 parallèle au côté supérieur et/ou au côté inférieur, à la masse sismique. La réalisation symétrique d'au moins deux ressorts permet une répartition régulière de l'énergie cinétique convertie en énergie de flexion dans au moins deux ressorts.

Selon un autre développement avantageux, l'une des sur-faces extérieures de la zone élastique du côté supérieur ou du côté inférieur de masse sismique comporte au moins deux butées venant en saillie. A l'aide d'au moins un ressort, on peut ainsi réaliser plusieurs butées élastiques.

De manière avantageuse, le dispositif de capteur est un capteur d'accélération. En particulier, dans le cas d'un capteur de faible g, grâce au risque réduit de stiction, la masse sismique est reliée par au moins un ressort de flexion offrant une force de rappel relativement ré-duite à la plaque de base ou à un sous-ensemble du boîtier.

Comme alternative, le dispositif de capteur est un capteur de vitesse de rotation. Comme au moins un ressort de flexion d'un capteur de vitesse de rotation doit permettre à la masse sismique d'exécuter à la fois un mouvement relatif et un mouvement de déplace-ment supplémentaire, il est avantageux que le ressort de flexion pré- sente une force de rappel, faible. Les avantages décrits ci-dessus sont également assurés par un procédé de fabrication correspondant à un dispositif de capteur. Selon un développement avantageux, le procédé de fabrication comprend en outre les étapes suivantes : - formation d'une succession de couches composée d'un substrat, d'une couche d'isolation couvrant au moins partiellement le substrat, d'une couche à fonction micromécanique couvrant au moins partiellement la couche métallique et/ou semi-conductrice, - dégagement par la mise en structure d'au moins une électrode comme sous-ensemble de l'installation de détection et d'exploitation dans la couche métallique et/ou semi-conductrice, et - dégagement par formation de structure d'au moins une masse sismique d'au moins une butée et d'au moins une zone dans la couche fonctionnelle micromécanique.

8 Ainsi, le dispositif de capteur peut se fabriquer selon un nombre d'étapes de fabrication relativement réduit. En particulier, les ressorts peuvent être réalisés en même temps avec des ressorts de flexion. La réalisation élastique des butées ne nécessite de ce fait au- cune étape de fabrication supplémentaire. Dessins La présente invention sera décrite ci-après e manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - les figures lA et 1B représentent respectivement une section et une vue de dessus d'un capteur inertiel connu, - la figure 2 est une vue de dessous d'un masse sismique montrant un premier mode de réalisation du dispositif de capteur, - la figure 3 est une vue d'une partie de la surface du côté inférieur d'une masse sismique correspondant à un second mode de réali- sation du dispositif de capteur, - la figure 4 est une vue de la face inférieure d'une masse sismique correspondant à un troisième mode de réalisation du dispositif de capteur, - la figure 5 montre un ordinogramme d'un mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif de capteur. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 2 est une vue du côté inférieur ou face inférieure d'une masse sismique correspondant à un premier mode de ré- alisation du dispositif de capteur. La masse sismique 50 réalisée comme bascule est fixée à la plaque de base du dispositif de capteur par des ressorts de flexion 52 et un ancrage 54. La plaque de base peut être un sous-ensemble d'un boîtier de dispositif de capteur. L'invention décrite ici n'est toutefois pas limitée à une masse sismique 50 logée dans un boîtier fermé de manière étanche à l'air. Les ressorts de flexion 52 et l'ancrage 54 peuvent être réalisés en une seule pièce avec la masse sismique 50. A titre d'exemple, au moins les quatre ressorts de flexion 52, l'ancrage 54 et la masse sismique 50 sont dégagés par formation d'une structure dans une uni- que couche fonctionnelle micromécanique. Mais il convient de remar-

9 quer que le dispositif de capteur décrit ici n'est pas limité à un nombre défini ou à une dispositif de ressorts de flexion 52 et/ou à au moins un ancrage 54. Contre l'ancrage 54 et la plaque de base, on peut prévoir également au moins une couche intermédiaire, par exemple une couche intermédiaire comme une zone résiduelle d'une couche d'isolation et/ ou d'une couche métallique et/ou semi-conductrice. La masse sismique 50 comporte un côté inférieur ou face inférieure 58 tourné vers la plaque de base et un côté supérieur (non esquissé ici). La masse sismique 50 est formée pour que la hauteur entre le côté supérieur et le côté inférieur 58 soit significativement plus petite que l'extension maximale du côté supérieur et/ou du côté inférieur 58. Cela peut également se décrire comme une masse sismique 50 de forme plate. La masse sismique 50 réalisée sous la forme d'une bas- cule a une distribution anti-symétrique de sa masse par rapport à l'axe de rotation 56. L'axe de rotation 56 subdivise la masse sismique 50 en une première masse partielle 50a et une seconde masse partielle 50b, cette dernière étant plus lourde que la première masse partielle 50a. Par exemple, la première masse partielle 50a a une première largeur moyenne b 1 perpendiculaire à l'axe de rotation 56 qui est plus petite qu'une seconde largeur moyenne b2 de la seconde masse partielle 50b, perpendiculaire à l'axe de rotation 56. En variante ou en complément, la répartition anti-symétrique de la masse sismique 50 peut également se réaliser sous la frome d'un revêtement supplémentaire de la seconde masse partielle 50b par rapport à la première masse partielle 50a. Selon un développement de la masse sismique 50, le côté inférieur 58 est aligné de préférence parallèlement à la plaque de base. Dans le mode de réalisation représenté, la masse sismique 50 est disposée en position de repos parallèlement à un plan xy. Lorsque la plaque de base subit une accélération avec une composante perpendiculaire à la plaque de base, du fait de la répartition anti-symétrique de sa masse, la masse sismique 50 sera déplacée dans une direction perpendiculaire à la position de repos du côté inférieur 58 et à la plaque de base. En particulier dans le mode de réalisation représenté ici, la masse sismique 50 est basculée autour de l'axe de rotation 56. Le basculement de la

10 masse sismique 50 autour de l'axe de rotation 56 se fait avec flexion des ressorts de flexion 52. Une première surface partielle de la première masse partielle 50a et une seconde surface partielle de seconde masse partielle 50b sur le côté inférieur 58 servent d'électrodes à la masse sismique 50. Au voisinage de la première surface partielle, on une première électrode de détection 60a fixe par rapport à la plaque de base. Une seconde électrode de détection 60b est voisine de la seconde surface partielle de la seconde masse partielle 50b fixée à la plaque de base. Les traits inter-rompus à la figure 2 indiquent la position des deux électrodes de détection 60a et 60b. Les deux électrodes de détection 60a et 60b ne sont pas influencées dans deux position par rapport à la plaque de base par le basculement de la masse sismique 50 autour de l'axe de rotation 56. La première surface partielle et la première électrode de 15 détection 60a forment un premier condensateur d'une installation de détection et d'exploitation du dispositif de capteur. Un second condensateur de l'installation de détection et d'exploitation se compose de la seconde surface partielle et de la seconde électrode de détection 60b. Lorsque sous l'effet d'une accélération 20 appliquée à la plaque de base, la masse sismique 50 est déplacée de sa position de repos autour de l'axe de rotation 56, cela modifie la capacité du premier condensateur et celle du second condensateur. L'installation de détection et d'exploitation est conçue pour déterminer les variations de capacité des deux condensateurs et ensuite de déterminer une in- 25 formation concernant l'accélération de la plaque de base et/ ou d'une force agissant sur le dispositif de capteur en tenant compte des variations de capacité. L'information obtenue peut être une valeur d'une composante de l'accélération perpendiculaire à la plaque de base. Comme on connaît des procédés pour déterminer une information 30 concernant une accélération et/ou une force agissant sur un dispositif de capteur en utilisant une variation de capacité, ce fonctionnement de l'installation de détection et d'exploitation ne sera pas détaillé. Pour déterminer de manière fiable un mouvement de la masse sismique 50 par rapport à la plaque de base, il est avantageux de 35 fixer la position de repos de la masse sismique 50 pour que la première

11 surface partielle présente une première distance moyenne relativement faible par rapport à la première électrode de détection 60a et que la seconde surface partielle présente une seconde distance moyenne tout aussi faible par rapport à la seconde électrode de détection 60b. En même temps, il est avantageux que les forces de rappel exercées par les ressorts de flexion 52 et s'opposant à un basculement de la masse sismique 50 à partir de sa position de repos, soient relativement faibles pour que même pour une accélération d'amplitude faible, la masse sismique se déplace suivant un mouvement de déplacement significatif autour de l'axe de rotation 56. En particulier, pour des distances moyennes petites entre les surfaces partielles et les électrodes de détection 60a, 60b et/ou pour faible rigidité en flexion des ressorts de flexion 52, il est possible que la masse sismique bute contre des composants du dispositif de capteur, installés de manière fixe sur la plaque de base ou par rapport à la plaque de base, en cas de basculement de la masse sismique autour de l'axe de rotation 56. Pour minimiser la surface de contact entre la masse sismique 50 et une surface de butée en cas de choc, il est avantageux de réaliser au moins une butée 62a et 62b sur le côté inférieur 58. De manière avantageuse, on a au moins une première butée 62a sur la première masse partielle 50a et au moins une seconde butée 62a sur la seconde masse partielle 50b. En particulier, on peut fixer plusieurs butées 62a et 62b sur au moins une masse partielle 50a ou 50b. Dans le cas d'au moins trois butées 62a ou 62b sur une masse partielle 50a ou 50b, il est avantageux que les distances entre deux butées voisines 62a ou 62b soient identiques. Cela permet une répartition régulière de la poussée en cas de choc contre les butées 62a ou 62b de la plaque de base et/ou de composants du dispositif de capteur, instal- lés de manière fixe. En particulier, les butées 62a ou 62b d'une masse partielle 50a ou 50b seront à la même distance par rapport à l'axe de rotation 56. De façon avantageuse, les butées 62a et 62b au côté inférieur 58 sont en saillie dans la direction z. Dans le mode de réalisation présenté, une premier élec- trode de butée 64a et une seconde électrode de butée 64b sont prévues

12 directement ou indirectement sur la plaque de base. A la figure 2, les traits interrompus montrent la position des deux électrodes de butée 64a et 64b. Les positions des électrodes de butée 64a et 64b sont choisies pour qu'en cas de basculement de la masse sismique 50 autour de l'axe de rotation 56, au moins une première butée 62a vient contre la première électrode de butée 64a et au moins une seconde butée 62b vient contre la seconde électrode de butée 64b. Les électrodes de butée 64a et 64b peuvent être dégagées d'une même couche métallique et/ou semi-conductrice, par formation de structure en commun avec les élec- trodes de détection 60a et 60b. Lorsque qu'une butée 62a ou 62b rencontre une électrode de butée 64a ou 64b, l'énergie cinétique est transformée en énergie de déformation. Pour éviter une stiction de la butée 62a ou 62b contre l'électrode de butée 64a ou 64b correspondante et/ou une forma- tion de particules, il est avantageux de relier au moins une butée 62a ou 62b de la masse sismique 50 par au moins un ressort 66 à la masse sismique 50. On peut désigner cela comme réalisation élastique des butées 62a et 62b en saillie du côté inférieur 58 dans la direction z. La réalisation élastique des butées 62a et 62b garantit qu'un choc d'une butée 62a ou 62b n'endommage pas le dispositif de capteur. Par exemple, chacune des butées 62a et 62b est reliée séparément à la masse sismique 50 par un ressort 66. L'énergie cinétique transformée en énergie de déformation produit dans ce cas une flexion réversible d'au moins un ressort 66 reliant au moins une butée 62a ou 62b à la masse sismique 50. Si la masse sismique 50 passe dans sa position de repos, la flexion réversible du ressort 66 disparaît. Au moins le ressort 66 et au moins une butée 62a ou 62b peuvent également être dégagés par la mise en structure de la couche fonctionnelle micromécanique. Un mode de réalisation possible d'un procédé de fabrication approprié du dispositif de capteur décrit ci-dessus sera détaillé ultérieurement. Le ressort 66 peut avoir une forme linéaire. Un tel ressort 66 se déforme facilement. Le ressort 66 peut avoir de préférence une longueur totale L supérieure à l'extension maximale D de la zone de la butée cor- respondante 62a ou 62b dépassant du côté inférieur 58. En particulier,

13 la longueur totale L peut être supérieure au moins d'un coefficient 2 par rapport à l'extension maximale D de la zone en saillie. Avantageuse-ment, la longueur totale L est supérieure d'au moins un coefficient 5 par rapport à l'extension maximale D de la zone en saillie. Cela évite en toute sécurité une déformation non réversible et la rupture du ressort 66 lors d'un choc de la butée correspondante 62a ou 62b. La figure 3 est une vue de dessus d'une surface partielle du côté inférieur d'une masse sismique correspondant à un second mode de réalisation du dispositif de capteur.

La masse sismique 80 représentée partiellement en plan est montée de manière déplaçable dans un dispositif de capteur selon le mode de réalisation précédent. Le dispositif de capteur correspondant comporte également l'installation de détection et d'exploitation ; seule la seconde électrode de butée 64b parmi les électrodes du dispositif de capteur est représentée à la figure 3. Le côté inférieur 58 de la masse sismique 80 étant aligné dans sa position de repos, parallèlement au plan xy, plusieurs butées 82 sont en saillie dans la direction z. Comme la disposition des butées 82 est fait selon le mode de réalisation ci-dessus, la figure 3 se limite à ne représenter que l'une des butées 82. La butée 82 est réalisée sur la surface extérieure d'une zone élastique 84 ; la surface extérieure de la zone élastique 84 est prévue sur le côté inférieur 58. En particulier la surface extérieure de la zone élastique 84 peut se situer dans le plan du côté inférieur 58 de la masse sismique 80.

La zone élastique 84 peut également être appelée zone EPI. De manière préférentielle, la zone élastique a une épaisseur minimale de couche dans la direction perpendiculaire au côté inférieur 58 ; cette épaisseur minimale est égale à l'épaisseur minimale de couche de la masse sismique 80. La butée 82 peut être réalisée en une seule pièce avec la zone élastique 84. La zone élastique 84 du mode de réalisation représenté est prévue dans une cavité 86 continue d'une zone résiduelle réglable de la masse sismique 80. Deux ressorts 88 en forme de méandres et un élément en forme d'entretoise 90 relient la zone élastique 84 à la zone résiduelle réglable de la masse sismique 80. Une première extrémité de

14 l'élément en forme d'entretoise 90 est en contact avec la zone élastique 84. Une seconde extrémité de l'élément en forme d'entretoise 90 est pré-vue à chaque extrémité d'un ressort en forme de méandres 88. Les deux autres extrémités des ressorts en forme de méandres 88 sont fixées à la zone résiduelle déplaçable de la masse sismique 80. La zone élastique 84, l'élément en forme d'entretoise 90, les deux ressorts en forme de méandres 88 et la masse sismique 80 peuvent être dégagés sous la forme d'une structure en une seule pièce d'une unique couche fonctionnelle micromécanique.

La forme de méandres des ressorts 88 permet d'avoir une longueur totale avantageuse des ressorts en méandres 88 qui permettent une compression dans un volume relativement petit. La longueur totale avantageusement importante des ressorts en forme de méandres 88 répartit, lors d'un choc de la butée 82 sur les ressorts en forme de méandres 88, l'énergie cinétique transformée en énergie de flexion, sans que cela ne se traduise par une déformation irréversible et/ ou la rupture des ressorts en forme de méandres 88. De manière préférentielle, les deux ressorts 88 en forme de méandres sont réalisés de façon à être symétriques en position de repos, par rapport à un axe de symétrie 92 parallèle au plan xy. L'axe de symétrie 92 peut passer au milieu de la butée 82. De cette manière, en cas de choc de la butée 82, l'énergie cinétique convertie en énergie de flexion sera répartie régulièrement entre les deux ressorts en forme de méandres. La réalisation symétrique d'au moins deux ressorts reliant une butée 82 à une masse sismique 80 ne se limite pas au ressort 88 en forme de méandres. La figure 4 est une vue en plan du côté inférieur d'une masse sismique correspondant à un troisième mode de réalisation du dispositif de capteur.

Le dispositif de capteur de la masse sismique 100 tel que représenté, comprend les composants 52, 54, 60a, 60b, 64a et 64b déjà décrits ci-dessus et dont le fonctionnement ne sera pas redécrit. A la différence du premier mode de réalisation, le mode de réalisation du dispositif de capteur représenté ici comprend une masse sismique 100 avec deux masses partielles 100a, 100b dont les plages résiduelles dé-

15 plaçables entourent respectivement une zone élastique 102a ou 102b. De manière préférentielle, les zones élastiques 102a et 102b ont une épaisseur minimale de couche passant perpendiculairement au côté inférieur 58 (dans la direction z) ; cette épaisseur est égale à l'épaisseur minimale de couche de la masse sismique 100 (dans la direction z). Les zones élastiques 102a, 102b comportent au moins deux butées 104a et 104b venant en saillie dans la direction z. Il convient de remarquer que la présente invention n'est pas limitée à un certain nombre ou une certaine disposition de butée 104a ou 104b sur une zone élastique 102a ou 102b. De manière préférentielle, les butées 104a ou 104b sont installées sur une zone élastique 102a ou 102b de façon que les écarts entre deux butées voisines 104a ou 104b soient identiques. Les zones élastiques 102a et 102b sont reliées respecti- vement à la masse sismique 100 par au moins un ressort 106. Dans le mode de réalisation représenté, chacune des deux zones élastiques 102a et 102b est couplée par deux ressorts 106 à la masse sismique 100. Le mode de réalisation représenté n'est toutefois pas limité à un certain nombre de ressorts 106 par zone élastique 102a ou 102b ou à la disposition présentée des ressorts 106. La réalisation de plusieurs butées 104a et 104b sur une zone élastique 102a ou 102b permet de réduire le nombre de ressorts 106. De plus en cas de choc des butées 104a et 104b cela augmente la masse déplaçable et permet ainsi un meilleur amortissement.

Les dispositifs de capteur décrits ci-dessus peuvent être équipés de ressort de flexion souple. Les dispositifs de capteur conviennent ainsi également pour justifier et/ou pour mesurer de faibles accélérations et/ ou des efforts relativement petits dans une direction perpendiculaire au côté supérieur et/ou au côté inférieur 58 en position de repos. En particulier dans le cas d'un capteur pour une faible accélération les réalisations élastiques décrites ci-dessus des butées constituent une solution très avantageuse. La figure 5 montre un ordinogramme présentant un mode de réalisation du procédé de fabrication d'un dispositif de cap-

16 teur. Le procédé de fabrication est appliqué par exemple pour réaliser les dispositifs de capteur décrits ci-dessus. Dans l'étape S1 on applique une couche d'isolation sur un substrat de façon qu'elle recouvre au moins partiellement la surface du substrat. Le substrat comporte de préférence du silicium. La couche isolante peut être par exemple une couche d'oxyde. Ensuite on forme une couche semi-conductrice et/ou une couche métallique couvrant au moins en partie la couche isolante (étape S2). Dans l'étape S3 on peut dégager par formation de structure au moins une électrode comme sous-ensemble d'une installation de détection et d'exploitation dans la couche semi-conductrice et/ou métallique. A titre d'exemple on réalise par gravure des dégagements dans la seconde couche semi-conductrice et/ou métallique, et ces dégagements fixeront la structure ultérieure d'au moins une électrode. Au moins cette électrode pourra être l'électrode de détection et/ou une électrode de butée. Selon un autre mode de réalisation avantageux, on ré-alise l'étape S3 avant d'appliquer une couche fonctionnelle micromécanique au moins sur des zones partielles de la couche semi-conductrice et/ou métallique dans une étape S4. Le procédé de fabrication ainsi décrit n'est toutefois pas limité à cette succession d'opérations pour l'exécution des étapes S3 et S4. Avant l'étape S4 on peut charger les cavités gravées dans la seconde couche métallique et/ou semi-conductrice avant une matière de remplissage par exemple avec un oxyde. De façon préférentielle, la couche fonctionnelle micromécanique contient du silicium. On obtient ainsi une succession de couches composées du substrat, de la couche isolante, de la couche semi-conductrice et/ou métallique ainsi que de la couche fonctionnelle micromécanique. Dans une étape S5 on installe une masse sismique plate ayant un côté supérieur et un côté inférieur sur ou contre la plaque de base du futur dispositif de capteur de façon que pendant le fonctionne-ment du dispositif de capteur, en cas d'accélération appliquée à la plaque de base, la masse sismique se déplace dans une direction non parallèle à la position de repos du côté supérieur et/ou du côté inférieur par rapport à la plaque de base. En même temps, avant ou ensuite,

17 dans une tape S6, on réalise au moins une butée venant en saillie du côté supérieur et/ou du côté inférieur de la masse sismique. La butée sera reliée au moins par un ressort à la masse sismique. Les étapes S5 et S6 peuvent être exécutées simultané- ment en ce qu'on dégage par une mise en structure, au moins la masse sismique, au moins une butée et au moins un ressort dans la couche fonctionnelle micromécanique. En plus, par un procédé de gravure, pour exécuter les étapes S5 et S6, on peut dégager par la mise en structure de la couche fonctionnelle micromécanique au moins un composant partiel d'un ancrage reliant la masse sismique à la plaque de base ou un sous-ensemble du futur boîtier du dispositif de capteur, par au moins un ressort de flexion entre l'ancrage et la masse sismique et par une partie de châssis entourant la masse sismique. On peut former au moins un ressort de flexion de façon à présenter une faible rigidité en flexion per-mettant de détecter de petites accélérations et/ou de petites forces, pendant le fonctionnement du dispositif de capteur dont la fabrication est terminée. Avant le procédé de gravure, on peut former par un pro- cédé de lithographie, un masque de gravure structuré sur la couche fonctionnelle micromécanique. Le procédé de gravure utilisé peut être un procédé de gravure en deux étapes. Dans une première étape du procédé de gravure, on grave de préférence dans une direction de gravure perpendiculaire à la couche fonctionnelle micromécanique. Ensuite on peut former des organes d'écartement dans la matière qui n'est pas attaquée par la seconde étape du procédé de gravure ; ces organes d'écartement couvrent uniquement les parois latérales des sillons gravés au cours de la première étape du procédé de gravure. Ainsi, dans la seconde étape du procédé de gravure on fait une gravure en contre- dépouille des structures dégagées au cours de la première étape. Comme le procédé de gravure selon les étapes précédentes, est connu du spécialiste, il ne sera pas plus détaillé ci-après. Dans au moins une autre étape (non représentée) on termine l'installation de détection et d'exploitation conçue pour que pendant le fonctionnement du dispositif de capteur, elle permette de

18 détecter un mouvement de déplacement de la masse sismique à partir de sa position de repos par rapport à la plaque de base et en tenant compte du mouvement de déplacement, et d'obtenir une information concernant l'accélération du dispositif de capteur et/ou une force agis- saut sur le dispositif de capteur. Selon une autre étape S7 on fixe une plaquette de couverture sur la partie de châssis. La plaquette de couverture est par exemple une plaquette en verre, dans laquelle on a réalisé au moins un dégagement par une structure. Le dégagement assure une bonne mobi- lité de la masse sismique pendant le fonctionnement du dispositif de capteur une fois terminé. La fixation de la plaquette de couverture sur la partie de châssis peut se faire par un procédé de liaison. De manière préférentielle, on réalise l'étanchéité hermétique du volume intérieur avec la masse sismique ce qui évite ainsi en toute sécurité la pénétration de particules ou de liquide dans le volume intérieur 20. Les étapes de procédé décrites ci-dessus peuvent être exécutées sur une matière en vrac. Cela permet de fabriquer simultanément un grand nombre de masses sismiques, d'électrodes et de pla- quettes de couverture. Ensuite on subdivise les dispositifs de capteur une fois terminés en procédant par fraisage, gravure et/ou sillage.25

Claims

REVENDICATIONS1°) Dispositif de capteur comprenant : - une plaque de basse, - une masse sismique (50, 80, 100) ayant une face supérieure et une face inférieure (58) prévues sur ou par rapport à la plaque de base de façon qu'en cas d'accélération de la plaque de base, la masse sismique (50, 80, 100) se déplace dans une position de sortie pour la face supérieure et/ou la face inférieure (58) de la masse sismique (50, 80, 100) dans une direction non parallèle à la plaque de base, - au moins la face supérieure et/ou la face inférieure (58) de la masse sismique (50, 80, 100) comporte une butée (62a, 62b, 82, 104a, 104b) en saille, et - une installation de détection et d'exploitation (60a, 60b) est conçue pour détecter le mouvement de déplacement de la masse sismique (50, 80, 100) par rapport à la plaque de base et en tenant compte du mouvement de déplacement, de fixer une information concernant l'accélération du dispositif de capteur et/ou d'une force agissant sur le dispositif de capteur, caractérisé en ce que la masse sismique (50, 80, 100) comprend au moins une zone (84, 102a, 102b) élastique avec au moins une butée (62a, 62b, 82, 104a, 104b) et au moins une plage résiduelle, déplaçable, la zone (84, 102a, 102b) élastique étant reliée à la plage résiduelle par au moins un ressort (66, 88, 106). 2°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse sismique (50, 80, 100) peut tourner autour d'un axe de rotation (56) par rapport à la plaque de base. 3°) Dispositif de capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la masse sismique (50, 80, 100) est réalisée sous la forme d'une bascule avec une répartition anti-symétrique des masses par rapport à l'axe de rotation (56). 20 4°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins un ressort (66, 88, 106) qui relie au moins une butée à la masse sismique (50, 80, 100) est en forme de U, en forme de V, en forme linéaire et/ou en forme de méandres. 5°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' au moins une butée (62a, 62b, 82, 104a, 104b) est reliée à la masse sismique (50, 80, 100) par au moins deux ressorts (66, 88, 106) symétriques par rapport à un axe de symétrie (92) parallèle à la face supérieure et/ou à la face inférieure (58). 6°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface extérieure de la zone (84, 102a, 102b) élastique, prévue sur la face supérieure ou la face inférieure (58) de la masse sismique (50, 80, 100) comporte au moins deux butées (62a, 62b, 82, 104a, 104b) en saillie. 7°) Dispositif de capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de capteur est un capteur d'accélération ou un capteur de vitesse de lacet. 8°) Procédé de fabrication d'un dispositif de capteur comprenant les étapes suivantes : - installation d'une masse sismique (50, 80, 100) avec la face supérieure et la face inférieure (58) sur et contre une plaque de base, la masse sismique (50, 80, 100) étant installée sur et contre la plaque de base de façon qu'en cas d'accélération de la plaque de base, la masse sismique (50, 80, 100) est déplacée dans une position de sortie pour la face supérieure et/ou la face inférieure (58) de la masse sismique (50, 80, 100), dans une direction alignée de manière non parallèle par rapport à la plaque de base, 21 - réalisation d'au moins une butée (62a, 62b, 82, 104a, 104b) sur la face supérieure et/ou la face inférieure de la masse sismique (50, 80, 100), - réalisation d'une installation de détection et d'exploitation (60a, 60b) conçue pour détecter pendant le fonctionnement du dispositif de capteur, un mouvement de déplacement de la masse sismique (50, 80, 100) par rapport à la plaque de base et en tenant compte du mouvement de déplacement, de fixer une information concernant une accélération du dispositif de capteur et/ou une force agissant sur le dispositif de capteur, caractérisé en ce qu' - on réalise la masse sismique (50, 80, 100) avec au moins une zone (84, 102a, 102b) élastique comprenant au moins une butée (62a, 62b, 82, 104a, 104b) et au moins une zone résiduelle déplaçable, - la zone (84, 102a, 102b) étant reliée à la zone résiduelle par au moins un ressort (66, 88, 106). 9°) Procédé de fabrication selon la revendication 8, comprenant en outre les étapes suivantes : - formation d'une succession de couches composée d'un substrat, d'une couche d'isolation couvrant au moins partiellement le substrat, d'une couche à fonction micromécanique couvrant au moins partiellement la couche métallique et/ou semi-conductrice, - dégagement par la mise en structure d'au moins une électrode (60a, 60b) comme sous-ensemble de l'installation de détection et d'exploitation dans la couche métallique et/ou semi-conductrice, et - dégagement par formation de structure d'au moins une masse sismique (50, 80, 100) d'au moins une butée (62a, 62b, 82, 104a, 104b) et d'au moins une zone (66, 88, 106) dans la couche fonctionnelle micromécanique.