Article de référence | Réf : R2070 v1

Conclusion
Microcapteurs de pression

Auteur(s) : Ali BOUKABACHE, Philippe MENINI, Patrick PONS

Relu et validé le 01 mars 2019

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Auteur(s)

  • Ali BOUKABACHE : Maître de conférences à l’Institut d’électronique de l’Université de Constantine

  • Philippe MENINI : Maître de conférences à l’Université Toulouse 3

  • Patrick PONS : Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes du Centre National de la Recherche Scientifique (LAAS‐CNRS)

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INTRODUCTION

La pression a toujours été un des paramètres les plus mesurés dans de nombreux domaines. Ainsi les capteurs de pression se retrouvent comme étant le premier maillon d'un système de perception, de contrôle ou de mesure.

Jusque dans les années 1970‐1980 les capteurs, de type électromécanique, étaient réalisés à partir de machines-outils conventionnelles. Compte tenu du coût relativement élevé de ces capteurs, les principales applications étaient liées au secteur industriel. À partir des années 1970, l’utilisation du silicium comme matériau de base et des techniques de fabrication collectives issues de la microélectronique ont profondément changé le marché des capteurs de pression pour des raisons économiques et techniques.

La réduction des prix unitaires liée à la fabrication collective a ainsi permis d'ouvrir aux capteurs de pression les marchés grands publics et notamment celui de l'automobile. Les améliorations techniques en termes de miniaturisation, de performances et d'autonomie ont permis d’introduire les capteurs de pression dans de nouveaux secteurs d'application comme le génie médical, l'environnement et la domotique. En 1995, le marché des capteurs de pression invasifs de pression sanguine était déjà estimé à 20 millions de pièces par an pour un coût unitaire de 15 francs.

Dans ce qui suit, nous détaillerons tout d’abord les principes de fonctionnement généralement utilisés pour les capteurs miniatures en silicium. Puis nous décrirons les techniques de réalisation mises en œuvre pour élaborer ces capteurs. Enfin, nous présenterons les performances des deux principaux types de capteurs existants : les capteurs piézorésistifs et capacitifs en silicium. Le dernier chapitre évoquera le cas particulier des capteurs de pression pour applications automobiles.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-r2070


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5. Conclusion

Les capteurs miniatures en silicium ont profondément changé le marché des capteurs de pression grâce à leurs excellentes performances obtenues pour de faibles coûts de fabrication. Développé dans les années 1960, le capteur de type piézorésistif en silicium a mis plus de trente ans pour diffuser dans tous les domaines d’activité (automobile, médical, instrumentation, environnement...). Il constitue aujourd’hui la majeure partie des capteurs de pression fabriqués dans le monde. Les capteurs de type capacitifs sont apparus à la fin des années 1970 dans les centres de recherches. Bien qu’ayant de meilleures performances, ils n’ont pas encore percé sur le marché sans doute en raison de l’inertie nécessaire à la diffusion d’un nouveau produit, mais aussi à cause de la plus grande difficulté de traitement du signal électrique qu’il délivre. À terme, les deux types de capteurs devraient coexister compte tenu de leurs avantages respectifs en fonction de l’application visée.

Le domaine des très hautes températures restera une application privilégiée des capteurs à détection piézorésistive. L’étude de nouveaux matériaux piézorésistifs comme le carbure de silicium et le diamant permettront la mesure de pression à des températures supérieures à 300 oC. Ce domaine présente, en effet, de nombreuses applications dans l’industrie aéronautique et automobile. Fondamentalement les capteurs à détection capacitive permettent une miniaturisation plus poussée de l’élément sensible. Ils seront ainsi incontournables pour des applications où l’encombrement et/ou la ponctualité de la mesure sont prioritaires.

L’évolution introduite par l’arrivée de capteurs de pression miniatures issus des techniques de la microélectronique est loin d’être terminée. Le mariage de la mécanique et de l’électronique a déjà permis de réaliser des capteurs « intelligents » qui intègrent des fonctions de compensation, d’autotest, de prétraitement du signal... Les recherches menées depuis une dizaine d’années dans le domaine des microcapteurs en général visent à une intégration plus poussée de fonctions plus complexes qui présentent une forte valeur ajoutée. On parle alors de microsystèmes qui comprennent des microcapteurs ainsi que des microactionneurs, le tout fonctionnant de manière intelligente...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BLASQUEZ (G.) et al -   Static response of miniature capacitive pressure sensors with square or rectangular diaphragm.  -  Revue de Physique Appliquée, 22, p. 505-510 (1987).

  • (2) - TIMOSHENKO (S.) -   Theory of plates and shells.  -  MacGraw Hill.

  • (3) - HOPPE (K.) et al -   Integrated Mach-Zehnder interferometer pressure transducers.  -  Transducers'95, Stockholm, 25-29 juin 1995.

  • (4) - WELHAM (C.J.) et al -   A lateral resonant pressure sensor fabricated via fusion bonding, wafer thinning and reactive ion etching.  -  Eurosensors XII, Southampton, 13-16 sept. 1998.

  • (5) - SVENSSON (L.) et al -   Surface micromachined technology applied to the fabrication of a FET pressure sensor.  -  MME'95, Copenhagen, 3-5 sept. 1995.

  • (6) - KANDA (Y.) -   Piezoresistance effect of silicon.  -  Sensors and Actuators, A28, p. 83-91 (1991).

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