FR3056978A1 - Capteur de pression, en particulier microphone a agencement ameliore - Google Patents

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Abstract

Système électromécanique capteur de pression, en particulier de type microphone comportant : - un transducteur électromécanique, - des moyens de traitement de signaux, - un substrat (1) d'accueil d'au moins un support (20, 30) du transducteur électromécanique et/ou des moyens de traitement de signaux, - un capot de protection (40) agencé sur la face supérieure (3) du substrat (1), - le support (20, 30) du transducteur électromécanique et/ou des moyens de traitement de signaux étant logé dans au moins une cavité placée en face inférieure du substrat.

Description

DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
La présente demande se rapporte au domaine des systèmes électromécaniques, et plus particulièrement à celui des systèmes capteurs de pression et avantageusement des microphones dotés d'au moins un composant électro-mécanique MEMS (pour microelectromechanical Systems selon la terminologie anglo-saxonne) et/ou NEMS (NEMS pour nano-electromechanical Systems).
Le composant MEMS et/ou NEMS d'un capteur de pression et notamment d'un microphone comporte un élément sensible, typiquement sous forme d'une membrane oscillante, se déformant sous l'effet d'un différentiel de pression entre ses deux faces. La membrane se déforme généralement dans une direction hors-plan, i.e. perpendiculairement au plan principal du composant électromécanique. Dans un capteur de pression de type microphone, une mise en mouvement provoquée par une onde sonore entrante est traduite par un signal électrique, par exemple un signal dû à un changement de capacité entre une électrode fixe et une électrode mobile fixée sur la membrane ou formée par la membrane.
Le composant électro-mécanique est généralement associé et connecté à un composant électronique tel qu'une puce ou un ASIC (acronyme de l'anglais « Application-Specific Integrated Circuit », littéralement «circuit intégré propre à une application ») doté de moyens de traitement de signaux issus du composant électromécanique. Le composant électronique et le composant électro-mécanique sont typiquement disposés sur un substrat d'assemblage et placés dans une enceinte formée par le substrat d'assemblage et un capot de protection. Le substrat d'assemblage peut comporter des connexions et être amené à être reporté sur une carte électronique.
Pour des raisons de coût et d'encombrement, on cherche à rendre les capteurs de pression ou microphones de moins en moins volumineux.
Par ailleurs, un facteur important de la performance de tels systèmes est le volume de la chambre arrière qui désigne le volume dans l'enceinte situé derrière ou du côté de la face arrière de la membrane, c'est-à-dire du côté de la face opposée à celle, appelée face avant, contre laquelle une onde sonore pénétrant par le port d'entrée parvient en premier. Ce volume de la chambre arrière ou « volume arrière » représente un volume de compensation lorsque la membrane oscille. On cherche généralement à maximiser ce volume arrière afin d'augmenter les performances du microphone notamment en termes de rapport signal sur bruit et de réponse en basse fréquence. On cherche généralement dans le même temps à minimiser un autre volume du système, appelé « volume de chambre avant » ou « volume avant » et situé à l'opposé du volume arrière par rapport à l'élément sensible.
Le document US 9 264 815 B2 prévoit un système formant microphone dans lequel, pour réduire l'encombrement, un ASIC est disposé dans une cavité située du côté de la face supérieure d'un substrat d'assemblage tandis que le composant électromécanique est disposé au-dessus de l'ASIC. Dans un tel système, le port d'entrée des ondes acoustiques est une ouverture pratiquée dans un capot, ce capot étant disposé sur la face supérieure du substrat. Du fait de la présence de l'ASIC dans la cavité, un tel système a un volume de chambre arrière réduit, ce qui peut nuire à ses performances.
Dans le document US 2015/0189443 Al, une solution alternative à la problématique d'encombrement, consiste à placer le composant électromécanique dans une cavité située du côté de la face supérieure du substrat d'assemblage, tandis que l'ASIC est empilé sur le composant électromécanique. Dans un tel système, le port d'entrée des ondes acoustiques est alors une ouverture pratiquée en face inférieure du substrat et qui communique avec la cavité, le volume de chambre avant, qui peut être source de résonance parasite reste relativement important. De plus, du fait de la présence de l'ASIC dans la chambre arrière , un tel système a un volume de chambre arrière réduit, ce qui peut nuire également à ses performances. Par ailleurs, un tel système n'est pas adapté à une configuration dans laquelle le capot sert de port d'entrée aux ondes acoustiques.
Il se pose le problème de trouver une nouvelle structure de capteur de pression améliorée vis-à-vis d'inconvénient(s) mentionné(s) ci-dessus et en particulier à volume de chambre arrière augmentée pour un volume donné de capteur de pression.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un mode de réalisation de la présente invention prévoit un système électromécanique capteur de pression comportant :
- un transducteur électromécanique doté d'un élément sensible apte à se déplacer sous l'effet d'une différence de pression entre ses faces,
- des moyens de traitement de signaux, pour le traitement des signaux résultant d'un déplacement de l'élément sensible,
- un substrat d'accueil d'au moins un support du transducteur électromécanique et/ou des moyens de traitement de signaux, le substrat ayant une face supérieure et une face inférieure opposée à la face supérieure, la face inférieure étant dotée d'au moins une zone conductrice apte à être connectée avec une carte électronique le substrat comportant en outre une ouverture traversant son épaisseur, l'ouverture comprenant un premier trou débouchant au niveau de la face supérieure du substrat et dans le prolongement du premier trou une première cavité débouchant au niveau de la face inférieure du substrat, la première cavité ayant une largeur supérieure à celle du premier trou de manière à former un épaulement, le support du transducteur électromécanique et/ou des moyens de traitement de signaux étant logé dans la première cavité de sorte qu'une région d'une face avant du support prend appui sur une zone d'appui de l'épaulement.
Dans un cas où le transducteur est intégré audit support, la première cavité peut former un port d'entrée d'ondes acoustiques.
Dans un autre cas où les moyens de traitement de signaux sont intégrés audit support et où le transducteur électromécanique est intégré à un autre support disposé sur la face supérieure du substrat, l'agencement du système peut être tel que le premier trou est obturé par ledit support, tandis que le capot comporte une ouverture formant un port d'entrée d'ondes acoustiques. Avantageusement, un deuxième trou distinct du premier trou se trouve dans le prolongement de la première cavité. Le support peut être alors connecté au substrat par l'intermédiaire d'un fil conducteur traversant le deuxième trou.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne en particulier un système électromécanique capteur de pression comportant :
- une première structure comportant un transducteur électromécanique doté d'un élément sensible apte à se déplacer sous l'effet d'une différence de pression entre ses faces,
- une deuxième structure comportant des moyens de traitement de signaux, pour le traitement des signaux résultant d'un déplacement de l'élément sensible,
- un substrat d'accueil de la première structure et de la deuxième structure, le substrat comportant une face supérieure et une face inférieure opposée à la face supérieure, la première structure et la deuxième structure étant disposées dans une ou plusieurs cavité(s) formée(s) dans le substrat et débouchant au niveau d'au moins une des faces du substrat, la face inférieure étant dotée d'au moins une zone conductrice de connexion, une première cavité parmi lesdites cavités dans laquelle la première structure est disposée débouchant en face arrière du substrat, ladite première cavité communicant avec un premier trou traversant le substrat entre ladite première cavité et la face supérieure du substrat, la cavité ayant une largeur supérieure à celle dudit premier trou de manière à former un épaulement, une face avant de la première structure prenant appui sur une zone d'appui de l'épaulement.
Un tel système peut former un microphone ou être intégré à un microphone. Un tel agencement du support permet un gain en compacité.
Le système électromécanique peut être doté d'un capot de protection agencé sur la face supérieure du substrat.
Selon une possibilité de mise en œuvre, le système peut comprendre une structure de connexion entre la zone conductrice située sur la face inférieure du substrat et une zone conductrice d'un support de la première structure, la structure de connexion comprenant au moins un élément conducteur traversant le substrat. Un tel agencement de la structure de connexion permet également un gain en compacité du système.
Selon un mode de réalisation, la structure de connexion comprend un fil conducteur traversant le premier trou reliant une zone conductrice située sur la face supérieure du substrat et une zone conductrice du support de la première structure.
Selon un autre mode de réalisation de la structure de connexion, l'élément conducteur traverse le substrat et a une forme recourbée, l'élément conducteur étant agencé de sorte à connecter la zone d'appui de l'épaulement et ladite zone conductrice située sur la face inférieure du substrat. Un tel agencement permet de faire en sorte que la structure de connexion ne vienne pas encombrer un volume utile d'une enceinte située entre le capot et le substrat.
Selon une possibilité de mise en oeuvre, le transducteur électromécanique est intégré à un support et l'élément sensible est disposé du côté de la face avant de ce support. Un tel agencement de l'élément sensible par rapport à l'épaulement permet d'avoir une chambre arrière avec un volume important.
Selon une possibilité d'agencement des moyens de traitement de signaux, ceux-ci peuvent être intégrés au même support que le transducteur.
Selon une autre possibilité d'agencement, le transducteur électromécanique est intégré à un premier support les moyens de traitement de signaux sont intégrés à un deuxième support distinct du premier support.
Dans ce cas, le deuxième support peut être avantageusement disposé dans une deuxième cavité débouchant au niveau de la face inférieure du substrat, la deuxième cavité communicant avec un deuxième trou, le deuxième trou ayant une largeur inférieure à celle de la deuxième cavité et débouchant au niveau de la face supérieure du substrat. Avec un tel agencement, on réduit davantage l'encombrement tout en permettant d'obtenir un volume de la chambre arrière plus important.
En variante, les moyens de traitement de signaux sont intégrés à un deuxième support disposé dans une autre cavité distincte de la première cavité, cette autre cavité débouchant au niveau de la face supérieure du substrat. Un tel agencement permet un gain en compacité et s'adapte à une configuration dans laquelle le port d'entrée des ondes acoustiques est situé au niveau du capot.
Lorsque le transducteur est intégré à un premier support et les moyens de traitement de signaux sont intégré à un deuxième support, le premier support peut être connecté à une face avant du deuxième support par l'intermédiaire d'un fil conducteur traversant le premier trou. Le deuxième support peut être connecté au substrat par l'intermédiaire d'un autre fil conducteur.
Le deuxième support peut être doté d'un ou plusieurs éléments conducteurs traversant pour permettre d'établir une connexion entre sa face avant et sa face arrière. Dans ce cas, le fil conducteur reliant premier support et deuxième support et/ou l'autre fil conducteur reliant le deuxième support au substrat peuvent être connectés respectivement à un élément conducteur traversant le deuxième support.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre un exemple de système électromécanique formant un microphone a agencement amélioré dans lequel un composant électromécanique MEMS et/ou NEMS est logé dans une cavité située sur la face inférieure d'un substrat d'assemblage ;
- la figure 2 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système avec une structure de connexion à agencement compact entre le composant électromécanique et la face inférieure du substrat d'assemblage ;
- la figure 3 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système avec un composant électronique doté de moyens de traitement de signaux issus du composant MEMS et/ou NEMS, ce composant électronique étant logé dans une cavité du substrat distincte de celle dans laquelle se trouve le composant électromécanique ;
- la figure 4 illustre une variante de mise en œuvre pour laquelle le composant électronique est muni de vias traversant pour permettre une prise de contact au niveau de sa face arrière située du côté de la face inférieure du substrat ;
- la figure 5 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système électro-mécanique dans lequel la chambre arrière s'étend dans un trou pratiqué dans le substrat et situé entre le composant électromécanique et le composant électronique, ce dernier étant disposé dans une cavité située du côté de la face inférieure du substrat ;
- la figure 6 illustre une variante d'agencement du système électromécanique dans laquelle le composant électronique est muni en face arrière de billes conductrices ;
- la figure 7 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système électro-mécanique dans lequel le composant électromécanique est disposé dans une cavité située du côté de la face inférieure du substrat tandis que le composant électronique est agencé dans une cavité située du côté de la face supérieure du substrat ;
- la figure 8 illustre un autre exemple de mise en œuvre du système électro-mécanique dans lequel le composant électromécanique et le composant électronique sont agencés respectivement dans une cavité et dans une autre cavité situées du côté de la face inférieure du substrat, ces composants étant connectés au substrat par le biais de connexion du type de celles du mode de réalisation de la figure 2 ;
- les figures 9A-9E illustrent un exemple de procédé de fabrication d'un système électro-mécanique capteur de pression mis en œuvre suivant un mode de réalisation de la présente invention;
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
En outre, dans la description ci-après, des termes qui dépendent de l'orientation de la structure comme par exemple « supérieure », « inférieure », « sous », « sur », s'appliquent en considérant que la structure est orientée de la façon illustrée dans les figures.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Un exemple de système électromécanique formant un microphone destiné à convertir des variations de pression en variations de signal électrique est illustré sur la figure 1.
Le système électromécanique comprend un substrat 1 d'assemblage qui peut être à base de matériau(x) polymère(s) éventuellement chargé ou à base de matériau céramique ou de matériau semi-conducteur tel que du silicium. L'épaisseur du substrat 1 (dimension mesurée dans une direction orthogonalement au plan principal du substrat 1 et parallèlement à l'axe z du repère orthogonal [O;x;y;z]) peut être comprise entre 100 pm et 700 pm. Par « plan principal » on entend un plan passant par le substrat et parallèle au plan [O ;x ;y].
Au niveau d'une de ses faces appelée « face inférieure » 5, le substrat 1 d'assemblage comporte un renfoncement 12 ou une cavité 12, dans le prolongement de laquelle est prévu un trou 13 débouchant au niveau d'une face supérieure 3 du substrat 1, c'est-à-dire la face opposée à la face inférieure 5. La cavité 12 est prévue avec une largeur Wi supérieure à celle W2 du trou 13 de sorte à former un épaulement. Les largeurs Wiet Wzsont des dimensions mesurées parallèlement au plan principal du substrat 1, autrement dit au plan [O ;x ;y ].
Un composant électromécanique 20 MEMS et/ou NEMS est disposé dans la cavité 12. Le composant électromécanique 20 de type MEMS et/ou NEMS logé dans la cavité 12 est sous forme d'un support, par exemple en silicium, et est doté d'un élément sensible tel qu'une membrane 21 apte à vibrer sous l'effet d'ondes acoustiques. La membrane 21 est située du côté d'une face du support appelée « face avant » 23. Une région périphérique de la face avant 23 et qui se trouve autour de la membrane 21 prend appui sur une zone 15 dite « zone d'appui » du substrat 1 située au fond de la cavité 12 et formant une marche ou un épaulement. Dans cet exemple de réalisation, la cavité 12 sert de port d'entrée aux ondes acoustiques permettant de faire vibrer la membrane 21. Les ondes acoustiques pénètrent ainsi par la face arrière 25 du composant électromécanique 20, c'est à dire la face du composant électromécanique 20 opposée à la face avant 23.
La cavité 12 et le trou 13 dans son prolongement forment ainsi une ouverture traversant l'épaisseur du substrat 1 et qui est au moins partiellement obturée par la membrane 21 du composant électro-mécanique 20. Dans le prolongement du trou 13, un volume situé du côté de la face avant du composant électromécanique 20 et du substrat 1 et délimitée par un capot 40, forme la chambre arrière du système capteur de pression. Le capot 40 peut être par exemple en un matériau métallique, ou céramique, ou plastique, ou semi-conducteur tel que du silicium et disposé en face avant 3 du substrat 1 de telle sorte à réaliser une enceinte 8 protectrice, le capot étant de préférence fermé et ne comporte dans cet exemple pas d'ouverture.
L'agencement du composant électro-mécanique 20 dans la cavité 12 permet d'obtenir une chambre arrière de volume important dans lequel la membrane 21 est destinée à osciller. L'agencement du composant électromécanique 20 est prévu de préférence de sorte à avoir un volume faible entre la face avant de la membrane 21 et la face inférieure 5 du substrat 1. Si besoin, le composant électromécanique 20 peut dépasser de la face inférieure du substrat 1.
Dans cet exemple de réalisation, le composant électromécanique 20 est connecté électriquement au substrat 1 d'assemblage par le biais d'au moins un fil conducteur Y1 qui passe à travers le trou 13. Le fil conducteur 27 est recourbé et relie une zone conductrice 22 située en face avant 23 du composant 20 MEMS et/ou NEMS à une zone conductrice 14 de la face supérieure 3 du substrat 1. Pour permettre de relier électriquement une zone conductrice 16 située sur la face inférieure 5 du substrat 1 à la zone conductrice 14 située du côté de sa face supérieure 3, le substrat 1 peut être doté d'au moins un élément conducteur traversant 17, également appelé « via », qui s'étend dans l'épaisseur du substrat 1. Afin de faciliter un éventuel report et une connexion du système sur un autre dispositif tel qu'une carte électronique d'application, une ou plusieurs billes conductrices 19 ou billes de soudure peuvent être disposées sur la face inférieure 5 du substrat 1, et en particulier sur des zone conductrices 16, par exemple sous forme de plots.
ίο
Une variante d'agencement illustrée sur la figure 2 prévoit une structure d'interconnexion entre le substrat 1 et un composant électromécanique 20 plus robuste et d'encombrement réduit. Dans cet exemple, la structure d'interconnexion entre le composant électromécanique 20 et le substrat 1 s'étend essentiellement dans l'épaisseur du substrat 1 et permet de relier électriquement la face inférieure 5 du substrat 1 à la face avant 23 du composant électromécanique 20.
Une région 23a située en périphérie de la face avant du composant MEMS 20 est conductrice, et est connectée, par l'intermédiaire d'une bille conductrice 52 à une zone conductrice 14' du substrat 1 située au fond de la cavité 12 au niveau de l'épaulement.
Pour relier électriquement le composant MEMS 20 à une zone conductrice 16 située sur la face inférieure 5 du substrat 1, un élément conducteur 57 traversant est prévu dans l'épaisseur du substrat 1. Cet élément conducteur 57 comporte une première portion conductrice 57a qui s'étend depuis la zone de connexion 16 dans une première direction réalisant un angle non-nul avec le plan principal du substrat 1, la première direction étant typiquement orthogonale au plan principal du substrat 1. La première portion conductrice 57a est reliée à une deuxième portion conductrice 57b qui s'étend dans une deuxième direction, typiquement parallèle au plan principal du substrat 1. Les portions 57a, 57b forment ainsi un angle ou un coude. La deuxième portion conductrice 57b s'étend vers le trou 13 et peut reliée à une troisième portion conductrice 57c qui s'étend en direction du fond de la cavité 12 jusque vers la zone conductrice 14' située au niveau de l'épaulement. Dans l'exemple particulier de la figure 2, l'élément conducteur 57 a ainsi une forme recourbée, en particulier une forme en U.
En variante de l'exemple qui vient d'être décrit, on peut également envisager une portion conductrice affleurant au niveau de l'épaulement avec un élément conducteur qui épouse un bord latéral du composant MEMS 20 et forme alors un L.
Dans l'un ou l'autre des exemples qui viennent d'être décrits le composant électro-mécanique 20 peut être doté de moyens de traitement de signaux intégrés. Par « traitement de signaux », on entend au moins une fonction d'amplification et/ou de filtrage, et/ou de mise en forme de signaux. On a alors sur un même support une structure avec un transducteur électromécanique, en particulier électroacoustique, et une autre structure avec des moyens de traitement de signaux résultant d'une mise en vibration de la membrane 21 du composant électromécanique 20.
En variante, les moyens de traitement de signal sont intégrés dans un support distinct du composant MEMS et/ou NEMS 20, en particulier un composant électronique 30, tel qu'une puce ou un ASIC. On a alors une structure de transducteur sur un premier support et une autre structure comportant des moyens de traitement de signaux sur un deuxième support différent du premier support.
Dans l'exemple d'agencement illustré sur la figure 3, le composant électronique 30 est disposé dans une deuxième cavité 112 prévue au niveau de la face inférieure 5 du substrat 1 et qui est séparée de la cavité 12 dans laquelle le composant MEMS 20 est logé. Par cet agencement, on obtient un volume de chambre arrière plus important.
Le composant électromécanique 20 et le composant électronique 30 sont connectés l'un à l'autre par le biais d'un élément conducteur. L'élément conducteur est typiquement un fil conducteur 67 de forme courbe qui s'étend dans l'enceinte fermée et passe à travers le trou 13 formé dans le substrat 1. Le fil conducteur 67 s'étend vers un autre trou 113 agencé dans le substrat 1 et qui se trouve dans le prolongement de l'autre cavité 112 d'accueil du composant électronique 30. Le fil conducteur 67 relie ainsi la face avant 23 du composant électromécanique 20 et la face avant 33 du composant électronique 30. Pour permettre de connecter le composant électronique 30 et indirectement le composant électromécanique 20 au substrat 1 un autre fil conducteur 77 de forme courbe s'étend de la face avant 33 du composant électronique 30 vers une zone de conductrice 14 située sur la face supérieure 3 du substrat 1.
Cette zone conductrice 14 peut être elle-même reliée électriquement à une zone conductrice 16 située en face inférieure du substrat 1 par exemple par l'intermédiaire d'un via traversant (non représenté sur la figure 3 mais qui peut être du type de celui avec la référence 17 sur la figure 1).
Une variante de l'agencement décrit précédemment prévoit une prise de contact électrique en face arrière 35 (i.e. une face opposée à la face avant 33) du composant électronique 30 située du côté de la face inférieure 5 du substrat 1.
Ainsi, une ou plusieurs zones conductrices typiquement sous forme de billes conductrices 89a, 89b sont disposées en face arrière 35 du composant électronique 30 pour permettre une connexion et un assemblage éventuel, par exemple avec une carte électronique destinée à être disposée sur la face inférieure 5 du substrat l.Pour permettre une connexion entre une zone conductrice 89a, 89b disposée en face arrière du composant électronique 30 et un élément situé en face avant de ce composant 30, des éléments conducteurs 87 traversant l'épaisseur du composant 30, par exemple sous forme de vias TSV (TSV pour « through Silicon via ») peuvent être prévus.
Dans l'exemple de réalisation particulier illustré sur la figure 4, le fil conducteur 67 reliant le composant MEMS et/ou NEMS 20 et le composant électronique 30 est lui-même connecté à la face arrière du composant électronique 30 par l'intermédiaire d'un élément conducteur 87a traversant. Le fil conducteur 77 reliant le composant électronique 30 et le substrat 1 peut être lui-même connecté à la face arrière 35 du composant électronique 30 par l'intermédiaire d'un autre élément conducteur 87b traversant.
Dans les exemples de réalisation qui viennent d'être décrits le port d'entrée des ondes acoustiques se situe du côté de la face inférieure 5 du substrat 1. Selon une variante d'agencement, on peut prévoir un port d'entrée des ondes acoustiques au niveau du capot 40. Le capot 40 comporte alors au moins une ouverture 43, tandis que la face arrière 5 du substrat 1 peut être fermée.
Un tel type de configuration est illustré sur l'exemple de réalisation particulier de la figure 5, dans lequel le composant électro-mécanique 20 est cette fois disposé sur la face supérieure 3 du substrat 1, la membrane 21 étant suspendue au-dessus et à distance de la face supérieure 3 du substrat 1.
Le composant électronique 30 est quant à lui logé dans une cavité 212 du substrat 1 dans le prolongement de laquelle des trous 213, 313 sont prévus. Un trou 313 sert au passage d'un ou plusieurs fils conducteurs 177 pour permettre une connexion du composant électronique 30 avec le substrat 1. La membrane 21 du composant électromécanique 20 s'étend en regard d'un autre trou 213 séparé du trou 313 par une portion de substrat. Cet autre trou 213 forme dans cet exemple une partie de la chambre arrière du micro-phone. Le composant électronique 30 peut être agencé de sorte à obturer les trous 213, 313 du côté de la face inférieure du substrat 1, l'enceinte pouvant n'être ouverte que du côté de l'ouverture 43 prévue dans le capot.
Dans cette configuration, le substrat 1 et le composant électromécanique 20 sont connectés par l'intermédiaire d'un élément conducteur tel qu'un fil conducteur 167 recourbé reliant une zone conductrice 22 située en face avant 23 du composant MEMS et/ou NEMS et une zone conductrice 14 de la face supérieure 3 du substrat 1. Pour permettre de connecter une zone conductrice 16 située sur la face inférieure 5 à la zone conductrice 14 située du côté de sa face supérieure 3, le substrat 1 peut être doté d'au moins un élément conducteur traversant qui relie la face supérieure 3 et la face inférieure 5 du substrat 1. On peut également prévoir d'établir un micro-câblage conducteur pour permettre de connecter le composant électronique 30 au composant MEMS 20.
Un agencement semblable est illustré sur la figure 6 avec cette fois des billes conductrices 89a, 89b pour permettre d'établir un contact en face arrière 35 du composant électronique 30 et un éventuelle assemblage avec un autre dispositif, en particulier une carte électronique.
Un autre exemple de configuration permettant d'obtenir un encombrement réduit et un volume arrière important est illustré sur la figure 7. Comme dans les exemples décrits précédemment en liaison avec les figures 3 et 4, le système comporte un port d'entrée situé du côté de la face inférieure 5 du substrat 1. Le composant électronique 30 est cette fois disposé dans une cavité 412 située du côté de la face supérieure 3 du substrat 1. Les cavités 12, 412 respectives du composant MEMS 20 et du composant électronique 30 sont distinctes et ne communiquent pas.
Dans l'exemple d'agencement illustré sur la figure 9, le composant MEMS 20 est agencé dans la cavité 12 située au niveau de la face inférieure 5 du substrat 1 tandis que le composant électronique 30 est disposé dans une autre cavité 112 prévue au niveau de la face inférieure 5. Cet agencement diffère de celui décrit précédemment en lien avec la figure 3 ou la figure 4, notamment en ce que le composant électromécanique 20 et le composant électronique 30 sont connectés au substrat par le biais d'éléments conducteurs 57 traversant le substrat. Ces éléments conducteurs 57 sont du type de ceux décrits précédemment en liaison avec la figure 2. Les éléments conducteurs 57 s'étendent dans le substrat 1 et débouchent au niveau de sa face inférieure 5 sur des zones conductricesl6
Comme dans l'exemple de réalisation de la figure 2, une région 23a située en périphérie de la face avant du composant MEMS 20 est conductrice, et est connectée, par l'intermédiaire d'une zone conductrice à une zone conductrice 14' du substrat 1 située au fond de la cavité 12 au niveau de l'épaulement. De même, en périphérie de la face avant du composant électronique 30, celui-ci comporte une zone conductrice qui est connectée, à une zone conductrice 14'' du substrat 1 située au fond de la cavité 12 au niveau de l'épaulement de la cavité 112.
Un exemple de procédé de fabrication d'un système électromécanique formant un microphone va à présent être décrit en liaison avec les figures 9A-9E.
Une structure de départ possible du procédé est illustrée sur la figure 9A sous forme d'un substrat 1 qui peut être par exemple une plaque de circuit PCB (de l'anglais « Printed Circuit Board »). Au niveau de sa face inférieure 5, le substrat 1 comporte au moins une cavité 12 et un trou 13 communicant avec la cavité 12, le trou 13 de largeur inférieure à celle de la cavité 12 débouchant au niveau de la face supérieure 3 du substrat
1. Le substrat 1 de départ comporte également une ou plusieurs zones conductrices 14 sur sa face supérieure 3 ainsi qu'une ou plusieurs zones conductrices 16 situées sur sa face inférieure 5, une zone conductrice 14 étant typiquement connectée à une zone conductrice 16 par l'intermédiaire de via 17.
La figure 9B illustre ensuite une étape de report d'un composant électromécanique 20 dans la cavité 12, le composant étant doté d'une structure suspendue telle qu'une membrane 21. Le report est réalisé typiquement à l'aide d'une colle 29 de sorte qu'une région de la face avant 23 du composant électromécanique 20 est placée contre une zone du substrat 1 formant une marche ou un épaulement.
Ensuite, figure 9C, on réalise une connexion entre le composant électromécanique 20 et le substrat 1. Un procédé de micro-câblage (« wire bonding » selon la terminologie anglo-saxonne peut être mis en oeuvre afin de réaliser un fil conducteur 67 reliant la face avant 23 du composant électro-mécanique 20 et la face supérieure 3 du substrat 1 sensiblement parallèles mais situées à des niveaux différents l'une de l'autre.
Un capot 40 est ensuite reporté en face avant 3 du substrat 1, comme cela est illustré sur la figure 9D. Le capot 40 est disposé sur le substrat 1 de telle sorte à former une enceinte protectrice au-dessus du composant électro-mécanique 20. L'assemblage du capot 40 avec le substrat 1 est typiquement réalisé à l'aide d'une colle 49 qui peut être conductrice, en particulier lorsque le capot 40 est métallique.
De manière optionnelle, une ou plusieurs billes conductrices 19 peuvent être disposées sur la face inférieure 5 du substrat 1. De telles billes conductrices 19 peuvent être sous forme de billes de soudure pour permettre un éventuel report du système sur un autre support telle qu'une carte électronique d'application C (figure 9E).
Un microphone tel que décrit précédemment trouve des applications dans de nombreux domaines et peut être intégré par exemple à un dispositif de communication tel qu'un téléphone portable ou un dispositif informatique tel qu'une tablette. Selon d'autre exemples, un système selon l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits précédemment peut être intégré dans une automobile ou un dispositif médical notamment tel qu'un appareil auditif.

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système électromécanique capteur de pression comportant :
    - une première structure (20) comportant un transducteur électromécanique doté d'un élément sensible (21) apte à se déplacer sous l'effet d'une différence de pression entre ses faces,
    - une deuxième structure (30) comportant des moyens de traitement de signaux, pour le traitement des signaux résultant d'un déplacement de l'élément sensible (21),
    - un substrat (1) d'accueil de la première et de la deuxième structures (20, 30), le substrat comportant une face supérieure et une face inférieure (5) opposée à la face supérieure, la première structure et la deuxième structure étant disposées dans une ou plusieurs cavité(s) formée(s) dans le substrat (1) et débouchant au niveau d'au moins une des faces du substrat, la face inférieure étant dotée d'au moins une zone conductrice (16) de connexion, une première cavité parmi lesdites cavités dans laquelle la première structure est disposée débouchant en face arrière du substrat, ladite première cavité communicant avec un premier trou (12-13, 112-113) traversant le substrat entre ladite première cavité et la face supérieure du substrat, la cavité (12) ayant une largeur (Wi) supérieure à celle (W2) dudit premier trou (13) de manière à former un épaulement, une face avant de la première structure (20) prenant appui sur une zone d'appui de l'épaulement.
  2. 2. Système électromécanique selon la revendication 1 comportant en outre un capot de protection (40) agencé sur la face supérieure (3) du substrat (1).
  3. 3. Système selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant une structure de connexion entre ladite zone conductrice (16) située sur la face inférieure du substrat (1) et une zone conductrice (22) de la première structure (20), la structure de connexion comprenant au moins un élément conducteur (17, 57) traversant le substrat (1).
  4. 4. Système électromécanique selon la revendication 3, dans lequel la structure de connexion comprend au moins un fil conducteur (27) traversant le premier trou (12) et reliant une zone conductrice (14) située sur la face supérieure (3) du substrat (1) et une zone conductrice (22) de la première structure (20).
  5. 5. Système électromécanique selon la revendication 3, dans lequel l'élément conducteur (57) traversant le substrat a une forme recourbée, l'élément conducteur étant agencé de sorte à connecter la zone d'appui de l'épaulement et ladite zone conductrice (16) située sur la face inférieure (5) du substrat (1).
  6. 6. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'élément sensible (21) est disposé du côté de la face avant de la première structure (20).
  7. 7. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 6, dans la première structure et la deuxième structure sont intégrées à un même support.
  8. 8. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la première structure (20) est intégrée à un premier support (20), la deuxième structure (30) est intégrée à un deuxième support distinct du premier support, le deuxième support étant disposé dans une deuxième cavité (112) débouchant au niveau de la face inférieure (5) du substrat (1), la deuxième cavité (112) communicant avec un deuxième trou (113), le deuxième trou (113) ayant une largeur inférieure à celle de la deuxième cavité et débouchant au niveau de la face supérieure (3) du substrat (1).
  9. 9. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la première structure (20) est intégrée au premier support, la deuxième structure (30) est intégrée à un deuxième support, distinct du premier support, le deuxième support (30) étant disposé dans une autre cavité (412) distincte de la première cavité, l'autre cavité (412) débouchant au niveau de la face supérieure (3) du substrat (1).
  10. 10. Système électromécanique selon l'une des revendications 8 ou 9, dans lequel le premier support est connecté à une face avant du deuxième support par l'intermédiaire d'au moins un fil conducteur (67) traversant le premier trou (123), le deuxième support étant connecté au substrat (1) par l'intermédiaire d'au moins un autre
    5 fil conducteur (77).
  11. 11. Système électromécanique selon la revendication 10, le fil conducteur (67) et/ou l'autre fil conducteur (77) étant connecté(s) à un élément (87a, 87b) traversant le deuxième support.
  12. 12. Système électromécanique selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel la première cavité forme un port d'entrée d'ondes acoustiques.
  13. 13. Microphone comprenant un système selon l'une des revendications
    15 là 12.
    S.60805
    1 /5
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