Procédé d'encapsulation sous vide intégrant des films getter basse température – PRESTIGE

Le quartz monocristallin constitue encore aujourd’hui le matériau incontournable pour le développement de micro-capteurs inertiels et de bases de temps haute performance car il présente en plus de ses propriétés piézoélectriques, une grande stabilité en température. L’ONERA et RAKON,
acteurs majeurs dans leur domaine, développement des micro-capteurs et des bases de temps destinés aux marchés de la défense (navigation) et de la téléphonie mobile. Le principe de fonctionnement de ces structures est fondé sur un résonateur mécanique en quartz encapsulé sous vide pour en améliorer les performances.

Ces marchés s’orientent actuellement vers l’intégration 3D de structures de faible taille (typiquement <1cm3). Pour répondre à ces nouveaux besoins, l’ONERA et RAKON cherchent à réduire la taille de leurs produits en diminuant drastiquement le volume utilisé par la solution d’encapsulation : les volumes actuels des structures encapsulées dans des boîtiers sont de plusieurs centimètres cube.

Un travail important est déjà à l’œuvre sur l’encapsulation de composants réalisés sur substrat silicium pour le marché grand public. La spécificité de l’activité proposée dans le projet PRESTIGE réside dans les points suivants :
- Le substrat utilisé est du quartz monocristallin, impliquant le développement de procédés basse température (<300 °C) pour préserver les propriétés piézoélectriques du matériau et l’intégrité des contacts métalliques.
- Le volume utile ainsi que la pression de base (10-3 mbar) imposent un taux de fuite très faible par rapport à l’état de l’art (de l’ordre de 10-15 atm.cm3/s) pour maintenir les niveaux de vide demandés sur plusieurs années.
- Par conséquent, une méthode de mesure devra être mise en place pour caractériser ces faibles taux de fuite.
- Des matériaux getter spécifiques activables à basse température devront être développés et intégrés en cavité.

FOGALE Nanotech développe depuis plus de 10 ans des solutions de métrologie dédiées à la caractérisation de micro-résonateurs. La demande pressante de plusieurs industriels pour le développement de systèmes de contrôle en ligne du taux de fuites dans des structures packagées sous vide motive fortement FOGALE à s’insérer dans un projet collaboratif comme l’ANR PRESTIGE.

Nous proposons dans le présent projet de développer des procédés d’encapsulation sous vide compatibles avec l’intégration de capteurs haute performance en quartz monocristallin : basse température (inférieure à 300 °C), vide résiduel <10-3 mbar, taux de fuite <10-16 atm.cm3/s. Les procédés proposés seront développés parallèlement sur deux types de structures en quartz monocristallin : des micro-résonateurs (MEMS) ONERA et des résonateurs à ondes acoustiques de volume (BAW, Bulk Acoustic Wave) développés par RAKON. De manière à garantir un transfert industriel rapide du savoir-faire développé dans le projet PRESTIGE, les procédés de scellement développés seront transférés à l’échelle industrielle chez RAKON dans le cadre de ce projet. De plus, les moyens de caractérisation mis au point par FOGALE pourront donner naissance à un produit commercial destiné au contrôle en ligne.

Le consortium ONERA / Université Paris Sud (IEF) / FOGALE / RAKON rassemble quatre partenaires identifiés comme des acteurs majeurs dans leur domaine de compétence. Il rassemble tout le savoir-faire nécessaire à la bonne conduite du travail proposé, des moyens de réalisation aux moyens de caractérisation et de transfert industriel.