FR2943790A1

FR2943790A1 - Composant de capteur

Info

Publication number: FR2943790A1
Application number: FR1052059A
Authority: FR
Inventors: Klaus Offterdinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2010-10-01
Also published as: US20100242605A1; DE102009001930A1; DE102009001930B4; US8584525B2; IT1400085B1; ITMI20100475A1

Abstract

Composant de capteur (100, 200, 300) comportant : un boîtier ( 110, 310) et une plaquette de capteur (120) logée dans le boîtier. La plaquette de capteur (120) est reliée mécaniquement au boîtier (110, 310) par au moins un élément élastomère (150). La plaquette de capteur (120) est en outre reliée électriquement au boîtier (110, 310) par le (les) l'élément(s) élastomère(s) (150).

Description

1 Domaine de l'invention La présente invention concerne un composant de capteur comportant un boîtier et une plaquette de capteur logée dans le boîtier, la plaquette de capteur étant reliée mécaniquement au boîtier par au moins un élément élastomère. Etat de la technique Il est connu de loger un capteur par exemple un capteur d'accélération ou un capteur de vitesse de rotation dans un boîtier dans lequel sont intégrés des éléments d'amortissement mécaniques pour le découpler mécaniquement des influences extérieures par exemple de vibrations à la fréquence de travail du capteur. Un tel boîtier est par exemple connu selon le document DE 10 2006 026 878 Al. Pour amortir les vibrations du capteur, on utilise dans ce cas un système ressort-masse. Ce système ressort-masse se compose d'une plaque de fond reliée au châssis du boîtier par un élément élastomère constituant un élément de ressort à amortissement propre pour dissiper l'énergie d'oscillation. Dans les boîtiers, amortis, pour des composants de capteur connus, on réalise le contact mécanique et le contact électrique de la plaquette de capteur installée dans le boîtier, par des techniques de liaison distinctes. Ces différentes techniques de liaison pour la mise en contact électrique et mécanique nécessitent un montage compliqué et le composant doit avoir une certaine taille minimale. De plus, le contact électrique réalisé séparément peut influencer de manière négative les caractéristiques d'amortissement du composant de capteur. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un composant de capteur, perfectionné. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un composant de capteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la plaquette de capteur est également reliée électriquement au boîtier par le (les) élément(s) élastomère(s). De manière avantageuse, l'élément élastomère assure le découplage mécanique de la plaquette de capteur vis-à-vis des

2 perturbations appliquées au boîtier par exemple les vibrations. Les vibrations d'origine externe sont amorties par l'élément élastomère. Cela est particulièrement avantageux pour des perturbations d'origine externe dont la fréquence est proche de la fréquence de travail de la plaquette de capteur. Comme l'élément élastomère sert également à réaliser la liaison électrique avec la plaquette de capteur, on peut supprimer des contacts électriques séparés. On évite ainsi d'influencer négativement les propriétés d'amortissement du composant de capteur. La structure selon l'invention du composant de capteur, nécessite en outre, moins d'étape de procédé que les composants de capteur actuels ce qui réduit les coûts de fabrication. Selon un développement de l'invention, le composant de capteur est installé sur un substrat. Un tel substrat comporte au moins un contact électrique traversant relié électriquement à la plaquette de capteur. Le substrat est ainsi logé dans le boîtier, de façon que le contact traversant soit appliqué contre l'élément élastomère et soit relié électriquement à cet élément; l'élément élastomère est également relié électriquement à un élément de contact du boîtier. Cela simplifie en plus la fabrication du composant de capteur. La plaquette de capteur peut être prévue sur un côté du substrat et l'élément élastomère sur l'autre côté du substrat. De manière avantageuse, pour relier la plaquette de capteur au substrat, on peut utiliser des fils de liaison et aussi une technique Flip-Chip. Le substrat est avantageusement une plaque de circuit imprimé.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la plaquette de capteur est reliée électriquement au contact traversant par au moins un fil de liaison. Selon un autre mode de réalisation, la plaquette de capteur est reliée électriquement au contact traversant par au moins un point de soudure. Cela permet avantageusement un montage Flip-Chip de la plaquette de capteur. Selon un développement du composant de capteur, une masse supplémentaire peut être disposée sur le substrat. Cette solution a l'avantage de réduire la fréquence de résonance du système formé par le substrat et l'élément élastomère ce qui améliore l'amortissement.

3 Selon un autre développement du composant de capteur, le substrat est comprimé contre l'élément élastomère par l'intermédiaire d'au moins un élément formant serre-flanc élastique. Un élément formant serre-flanc peut en outre réaliser une liaison électrique entre un contact de masse du substrat et un contact de masse du boîtier. Ce mode de réalisation permet avantageusement de rendre symétrique le serrage du substrat ce qui évite d'exciter des modes parasites supplémentaires. En outre, on réalise ainsi de manière avantageuse un écran contre les émissions électromagnétiques (EMV) du composant de capteur. Selon un mode de réalisation, l'élément élastomère comporte un ensemble de couches conductrices et de couches isolantes. De manière avantageuse, de tels éléments élastomères sont économiques. Selon un autre mode de réalisation, l'élément élastomère comporte du silicone et des particules ou fibres conductrices intégrées dans le silicone. Cela permet de réaliser un meilleur contact et donne des résistances de passage plus faibles. Selon un autre mode de réalisation, l'élément élastomère est fabriqué en silicone conducteur, susceptible d'être injecté. De manière avantageuse, cela permet une fabrication particulièrement simple du composant de capteur. De façon préférentielle, le substrat est relié à l'élément élastomère par une première liaison collée conductrice. D'une façon tout aussi préférentielle, l'élément élastomère est relié au boîtier par une seconde liaison collée, conductrice. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide de modes de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une coupe d'un composant de capteur selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 est une coupe d'un composant de capteur selon un second mode de réalisation, - la figure 3 est une coupe d'un composant de capteur selon un troisième mode de réalisation,

4 - la figure 4 est une vue schématique d'un mode de réalisation d'un élément élastomère Dans la description des figures, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments ou des éléments de même fonction. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre schématiquement une coupe d'un composant de capteur 100 correspondant à un premier mode de réalisation. Le composant de capteur 100 comprend un boîtier 110 renfermant une chambre de capteur 112 comprise entre le couvercle 115 et le fond 117 du boîtier 110. Le boîtier 110 peut être par exemple un boîtier prémoulé. Une plaquette de capteur 120 est placée dans la chambre de capteur 112 à l'intérieur du boîtier 110. La plaquette de capteur 120 peut être par exemple un capteur micromécanique tel qu'un capteur d'accélération ou de vitesse de rotation. La plaquette de capteur 120 peut également porter un autre type de capteur. La plaquette de capteur 120 peut déjà comporter elle-même une électronique d'exploitation par exemple sous la forme d'un circuit ASIC.

La plaquette de capteur 120 est installée sur un substrat 130. Ce substrat 130 est par exemple une plaque de circuit imprimé. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, la plaquette de capteur 120 est installée sur le substrat 130 pour que les composants actifs de la plaquette de capteur 120 se trouvent sur la face de la plaquette 120 opposée au substrat 130. La plaquette de capteur 120 peut par exemple être fixée au substrat 130 par un adhésif. Le substrat 130 comporte un ensemble de contacts traversant 135 réalisant la liaison électrique entre la face supérieure et la face inférieure du substrat 130. La plaquette de capteur 120 est électriquement reliée aux contacts traversant 135 du substrat 130 par un ensemble de fils de liaison 140. Selon une variante de réalisation de l'invention, la plaquette de capteur 120 peut être prévue sur le substrat pour que les composants actifs de la plaquette de capteur 120 se trouvent sur la surface de cette plaquette 120 tournée vers le substrat 130. Dans ce mode de réalisation, les liaisons électriques entre la plaquette de capteur 120 et les contacts traversant 135 du substrat 130, sont de préférence réalisés par des points de soudure. Cela permet un montage Flip-Chip de la plaquette de capteur 120 sur le substrat 130. Le fond 117 du boîtier 110 comporte un ensemble 5 d'éléments de contact 160. Chaque élément de contact 160 a une surface de contact intérieure 165 située dans la chambre 112 du capteur et une broche de contact extérieure 167, qui sont reliées électriquement. Les broches de contact extérieures 167, réalisent le branchement électrique du composant de capteur 100.

Le substrat 130 est relié au fond 117 du boîtier 110 par un ensemble d'éléments élastomères 150 électroconducteurs. Chaque élément élastomère 150, réalise une liaison électrique et une liaison mécanique entre un contact traversant 135 du substrat 130 et une surface de contact intérieure 165 d'un élément de contact 160. Chaque élément élastomère 150 peut être relié au substrat 130 par une première liaison collée conductrice 170 et à une surface de contact intérieure 165 du fond 117 du boîtier 110 par une seconde liaison collée conductrice 180. Les éléments élastomères 150 sont électroconducteurs et élastiques; ils réalisent le couplage mécanique et électrique du substrat 130 avec la plaquette de capteur 120 qui se trouve au-dessus, dans le boîtier 110 du composant de capteur 100. Grâce à leur élasticité, les éléments élastomères 150 fonctionnent en même temps comme des éléments de ressort assurant un amortissement intrinsèque pour découpler les vibrations parasites du boîtier 110 vers le substrat 130 portant la plaquette de capteur 120. La figure 2 est une vue en coupe schématique d'un composant de capteur 200 correspondant à un second mode de réalisation. Le composant de capteur 200 comprend également un boîtier 110 avec un fond 117 et un couvercle 115 délimitant une chambre de capteur 112 à l'intérieur du boîtier 110. Dans le composant de capteur 200, une plaquette de capteur 120 est également installée sur un substrat 130 avec des contacts traversant 135. Le branchement électrique de la plaquette de capteur 120 avec le substrat 130 peut se

6 faire comme à la figure 1, par des fils de liaison 140 ou en technique Flip-Chip, par des points de soudure. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le boîtier 110 comporte également un ensemble d'éléments de contact 160 ayant des surfaces de contact internes 165 et des broches de contact externes 167. Le composant de capteur 200 de la figure 2 comporte également un ensemble d'éléments élastomères 150 entre le substrat 130 et le fond 117 du boîtier 110 réalisant les liaisons électriques entre les contacts traversant 135 du substrat 130 et les surfaces de contact internes 165 des éléments de contact 160 et couplant mécaniquement le substrat 130 au boîtier 110. La figure 2 montre en outre un ensemble d'éléments formant serre-flanc 220 entre le substrat 130 et le couvercle 115 du boîtier 110. Les éléments formant serre-flanc 220 sont également réalisés de manière élastique et peuvent, le cas échéant, être en silicone. Par les éléments formant serre-flanc 220, le couvercle 115 du boîtier 110 exerce une force sur le substrat 130. Cette force comprime le substrat 130 contre les éléments élastomères 150 et le fond 117 du boîtier 110. Le substrat 130 est ainsi serré élastiquement par les éléments formant serre-flanc 220 et les éléments élastomères 150, entre le couvercle 115 et le fond 117 du boîtier 110. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, les éléments formant serre-flanc 220 sont également électroconducteurs. Dans ce cas, les éléments formant serre-flanc 220 peuvent réaliser le branchement électrique à la masse du substrat 130 au boîtier 110. Cela constitue une protection EMV (protection contre le rayonnement électromagnétique) avantageuse du composant de capteur 200. Pour cela, les éléments formant serre-flanc 220 réalisent la liaison électrique entre le contact de masse du substrat 130 et le contact de masse du couvercle 115. Le contact de masse du substrat 130 peut également être relié au contact de masse de la plaquette de capteur 120. Comme dans le mode de réalisation de la figure 1, on peut avoir une première liaison collée conductrice 170 entre le substrat 130 et les éléments élastomères 150, et une seconde liaison collée

7 conductrice 180 entre les éléments élastomères 150 et les surfaces de contact intérieures 165. En variante, les premières et secondes liaisons collées conductrices 170, 180 du mode de réalisation de la figure 2, peuvent également être supprimées.

Les éléments formant serre-flanc 220 peuvent être installés un à un au cours du montage du composant de capteur 200 ou être reliés au préalable au couvercle 115 du boîtier 110 au cours d'une étape de procédé précédente; cela peut se faire par exemple par injection. Le montage du couvercle 115 sur le boîtier 110 peut se faire par matage à chaud, par enclipsage, par soudage au laser ou en appliquant d'autres techniques d'assemblage. Le mode de réalisation du composant de capteur 200 représenté à la figure 2, a pour avantage que les deux surfaces du substrat 130 peuvent être serrées. On évite ainsi des distorsions du substrat 130 susceptibles d'être générées par des modes parasites supplémentaires, excités par une position défavorable du centre de gravité du substrat 130. Le composant de capteur 200 de la figure 2 comporte un composant supplémentaire 210 situé sur la face du substrat 130 tournée vers le fond 117 et opposée à la plaquette de capteur 120. Ce composant supplémentaire 210 peut être une autre plaquette de capteur, un autre composant électronique ou passif ou encore une masse supplémentaire. Le composant supplémentaire 210 peut être relié électriquement à la plaquette de capteur 120 par d'autres contacts traversant réalisés dans le substrat 130. Le composant supplémentaire 210 complète la symétrie du serrage du substrat 130 et participe ainsi également à l'élimination des modes parasites. Le composant supplémentaire 210 peut toutefois également être supprimé. La figure 3 montre schématiquement une coupe d'un composant de capteur 300 correspondant à un troisième mode de réalisation. Ce composant de capteur 300 comporte un boîtier 310 formé d'un couvercle 315 installé sur un substrat de base 317 et entourant une chambre de capteur 312. Le substrat de base 317 peut être par exemple une plaque de circuit imprimé ou un substrat en silicium. Le substrat de base 317 comporte plusieurs contacts

8 traversant 360. Chaque contact traversant 360 réalise une liaison électrique entre une surface de contact inférieure 365 située dans la chambre de capteur 312 et une surface de contact extérieure 367 située sur la surface du substrat de base 317 opposée à la chambre de capteur 312. La chambre de capteur 312 loge un substrat 130 muni de contacts traversant 135 et une plaquette de capteur 120 fixée sur ce substrat. La plaquette de substrat 120 peut être reliée électriquement aux contacts traversant 135 du substrat 130 par un ensemble de fils de liaison 140 ou par des points de soudure, en technique Flip-Chip. Le substrat 130 est relié au substrat de base 317 par un ensemble d'éléments élastomères 150. Chaque élément élastomère 150 réalise une liaison électrique et mécanique entre un contact traversant 135 du substrat 130 et une surface de contact intérieure 365 d'un contact traversant 360 réalisé dans le substrat de base 317. Le substrat 130 peut être relié aux éléments élastomères 150 par des premières liaisons collées conductrices 370. Les éléments élastomères 150 peuvent être reliés au substrat de base 317 par des secondes liaisons collées électroconductrices 380. L'élasticité des éléments élastomères électroconducteurs 150 provoque également, comme pour les composants de capteur 100, 200 des figures 1 et 2, un découplage du substrat 130 et de la plaquette de capteur 120 vis-à-vis des vibrations du boîtier 310. Un avantage du mode de réalisation de la figure 3, est qu'au cours d'une première étape du procédé, on peut installer un ensemble de substrats 130 et de plaquettes de capteur 120 sur un grand substrat de base 317. Ce n'est qu'après la mise en place d'un couvercle 315 sur chaque plaquette de substrat 120, que l'on sépare les multiples composants de capteur 300 ainsi formés en composants de capteur 300, distincts, par exemple en sciant le substrat de base 317. On réduit ainsi les coûts de fabrication. La figure 4 montre schématiquement un élément élastomère électroconducteur 400 qui peut s'utiliser dans les composants de capteur 100, 200, 300 des figures 1 à 3. L'élément élastomère 400 a une structure stratifiée composée d'un ensemble de

9 couches conductrices 410 et de couches isolantes 420 en alternance. De tels éléments élastomères sont connus sous la dénomination de caoutchouc conducteur ou caoutchouc zèbre selon l'état de la technique. Les couches isolantes 420 peuvent être par exemple en caoutchouc. Les couches conductrices 410 peuvent être par exemple également en caoutchouc intégrant des particules électroconductrices telles que des particules de graphite ou des particules de noir de fumée. Les différentes couches 410, 420 de l'élément élastomère 400, sont suffisamment étroites pour que si l'on utilise l'élément élastomère 400 dans un composant de capteur 100, 200, 300, chaque contact traversant 135 et chaque surface de contact 165, 365, soit en contact avec plusieurs couches conductrices 410. Cela permet à l'élément élastomère 400, de réaliser une liaison électroconductrice et élastique. Selon des variantes de formes de réalisation non représentées, les éléments élastomères 150 des composants de capteur 100, 200, 300, son en silicone intégrant des particules ou des fils électroconducteurs. Les éléments élastomères 150 peuvent être par exemple en silicone avec des fils de laiton revêtus d'or. De tels éléments élastomères offrent l'avantage d'avoir des résistances de passage plus faibles que celles des éléments élastomères 400 de la figure 4. Selon une autre variante de réalisation non représentée, les éléments élastomères 150 des composants de capteur 100, 200, 300, sont en silicone conducteur, susceptible d'être injecté. Dans ce mode de réalisation, les éléments élastomères 150 peuvent être fabriqués par injection directe du silicone électroconducteur sur les éléments de base ou de couvercle 117, 317, 115, 315.30

Claims

REVENDICATIONS1 °) Composant de capteur (100, 200, 300) comportant - un boîtier (110, 310) et - une plaquette de capteur (120) logée dans le boîtier, - la plaquette de capteur (120) étant reliée mécaniquement au boîtier (110, 310) par au moins un élément élastomère (150), caractérisé en ce que la plaquette de capteur (120) est également reliée électriquement au boîtier (110, 310) par le ou les élément(s) élastomère(s) (150). 2°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 1, caractérisé en ce que - la plaquette de capteur (120) est installée sur un substrat (130), - le substrat (130) a au moins un contact électrique traversant (135) et la plaquette de capteur (120) est reliée électriquement au contact traversant (135), - le substrat (130) est logé dans le boîtier (110, 310) pour que le contact traversant (135) s'applique contre l'élément élastomère (150) et est relié électriquement à l'élément élastomère (150), - l'élément élastomère (150) est relié électriquement à un élément de contact (160, 360) du boîtier (110, 310). 3°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaquette de capteur (120) est reliée électriquement au contact traversant (135) par au moins un fil de liaison (140). 4°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la plaquette de capteur (120) est reliée électriquement au contact traversant (135) par au moins un point de soudure. 5°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que 11 le substrat (130) est une plaque de circuit imprimé. 6°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' une masse supplémentaire (210) est appliquée sur le substrat (130). 7°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat (130) est comprimé contre l'élément élastomère (150) par l'intermédiaire d'au moins un élément formant serre-flanc élastique (220). 8°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'élément formant serre-flanc (220) réalise une liaison électrique entre un contact de masse du substrat (130) et un contact de masse du boîtier (110, 310). 9°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastomère (150) comporte un ensemble de couches conductrices et isolantes (410, 420). 10°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastomère (150) comporte du silicone et des particules ou des fibres électroconductrices intégrées dans le silicone. 11 °) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastomère (150) est fabriqué en un silicone électroconducteur, susceptible d'être injecté. 12°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 2, caractérisé en ce que12 le substrat (130) est relié à l'élément élastomère (150) par l'intermédiaire d'une première liaison collée, conductrice (170, 370). 13°) Composant de capteur (100, 200, 300) selon la revendication 1, 5 caractérisé en ce que l'élément élastomère (150) est relié au boîtier (110, 310) par une seconde liaison collée conductrice (180, 380). 10