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rjq UNIVERSITEDE
tSl SHERBROOKE
Faculte de genie
Departement de genie electrique
MlCROCAPTEUR DE TEMPERATURE BASE SUR
UN OSCILLATEUR ELECTRONIQUE EN CARBURE
DE SILICIUM
Memoire de maitrise es sciences appliquees
Specialite : genie electrique
Daniel BEAUDOIN
Sherbrooke (Quebec), CANADA 14 Janvier 2008
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Resume
Ce memoire de maitrise presente le developpement d'un capteur de temperature des-
tine a mesurer la temperature a l'interieur des turbines d'avion. Ce capteur est un circuit
electronique de type oscillateur dont la frequence d'oscillation est dependante de la tem-
perature. Cela lui donne l'avantage de pouvoir etre multiplexe en frequence et par le fait
meme de permettre la connexion de plusieurs capteurs sur une seule paire de fils. L'ob-
jectif ultime du projet est de faire fonctionner le capteur a une temperature de 600 °C,
de le miniaturiser pour que sa surface ne soit pas superieure a 1 mm2 et de permettre un
multiplexage de 10 capteurs minimum sur une seule paire de fils.
Le projet presente dans ce memoire est la continuite du travail effectue par Larry
Lebel en 2004, qui a fait fonctionner ce type de capteur jusqu'a 180 °C. II avait explique
cette limite par le gain insufflsant des transistors utilises pour la fabrication du capteur.
Egalement, le prototype realise n'etait aucunement miniaturise (> 300 cm3) et dissipait
beaucoup de chaleur (> 13 W). Done, les objectifs du projet actuel etaient d'ameliorer la
temperature limite de ce type de circuit et de le miniaturiser.
Afin d'ameliorer la temperature maximale d'operation du circuit, des composants (re-
sistances, condensateurs, transistors) offrant des caracteristiques prometteuses a haute
temperature ont ete choisis. Ces composants devaient egalement etre de petite taille afin
de miniaturiser le capteur. Leur caracterisation a permis de determiner que la temperature
maximale serait de 400 °C, limitee par le type de condensateur utilise.
Egalement, afin de permettre le fonctionnement electrique aux temperatures desirees,
differents tests d'assemblage ont etc realises. La methodc choisie est la deposition sur
substrat de ceramique d'une couche epaisse d'or. Les composants sont colles a l'epoxy
d'argent. Cette methode d'assemblage permet de realiser des circuits electriques fonction-
nant jusqu'a 550 °C, limites par la temperature de degradation de l'epoxy d'argent.
Un circuit de type hybride, e'est-a-dire comprenant des transistors non-encapsules et
II

des composantes passives encapsulees, a ete realise et a fonctionne jusqu'a 400 °C par une
activation intermittente. En utilisant la technologie hybride, ce type de capteur pourrait
etre reduit afin d'occuper une surface de 16 mm2. Par contre, on constate que la quantite
de capteurs pouvant etre places en parallele n'est que de trois, limitee par la presence
d'harmoniques indesirables et par la sensibilite en temperature du dispositif. Finalement,
une strategic pour une microfabrication du dispositif permettant de respecter la contrainte
de taille de 1 mm2 est presentee.
Ill

Remerciements
Ce projet a ete rendu possible grace au soutien financier du FQRNT1 et du CRIAQ2.
Tout d'abord, il faut souligner le merite et le travail precedent de M. Larry Lebel, a qui
revient l'idee du projet. Ensuite, des remerciements speciaux sont adresses a M. Martin
Brouillette et M. Serge Charlebois pour leur support, leur enthousiasme et leur confiance
envers le projet. Egalement, il faut souligner l'aide apportee par M. Rejean Bernier et M.
Benoit Couture lors de la fabrication des montages experimentaux. Finalement, l'auteur
tient a remercier ses parents pour leur soutien financier ainsi que le reste de son entourage
pour leurs sinceres encouragements.
1Fonds quebecois de la recherche sur la nature et les technologies
2Consortium de recherche et d'innovation en aerospatiale au Quebec
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