Microcapteur de température basé sur un oscillateur électronique en carbure de silicium

Abstract

Ce mémoire de maîtrise présente le développement d'un capteur de température destiné à mesurer la température à l'intérieur des turbines d'avion.Ce capteur est un circuit électronique de type oscillateur dont la fréquence d'oscillation est dépendante de la température. Cela lui donne l'avantage de pouvoir être multiplexé en fréquence et par le fait même de permettre la connexion de plusieurs capteurs sur une seule paire de fils. L'objectif ultime du projet est de faire fonctionner le capteur à une température de 600 [degrés Celsius], de le miniaturiser pour que sa surface rie soit pas supérieure à 1 mm[indice supérieur 2] et de permettre un multiplexage de 10 capteurs minimum sur une seule paire de fils. Le projet présenté dans ce mémoire est la continuité du travail effectué par Larry Lebel en 2004, qui a fait fonctionner ce type de capteur jusqu'à 180 [degrés Celsius]. Il avait expliqué cette limite par le gain insuffisant des transistors utilisés pour la fabrication du capteur. Également, le prototype réalisé n'était aucunement miniaturisé (> 300 cm[indice supérieur 3) et dissipait beaucoup de chaleur (> 13 W). Donc, les objectifs du projet actuel étaient d'améliorer la température limite de ce type de circuit et de le miniaturiser. Afin d'améliorer la température maximale d'opération du circuit, des composants (résistances, condensateurs, transistors) offrant des caractéristiques prometteuses à haute température ont été choisis. Ces composants devaient également être de petite taille afin de miniaturiser le capteur. Leur caractérisation a permis de déterminer que la température maximale serait de 400 [degrés Celsius], limitée par le type de condensateur utilisé. Également, afin de permettre le fonctionnement électrique aux températures désirées, différents tests d'assemblage ont été réalisés. La méthode choisie est la déposition sur substrat de céramique d'une couche épaisse d'or. Les composants sont collés à l'époxy d'argent. Cette méthode d'assemblage permet de réaliser des circuits électriques fonctionnant jusqu'à 550 [degrés Celsius], limités par la température de dégradation de l'époxy d'argent. Un circuit de type hybride, c'est-à-dire comprenant des transistors non-encapsulés et des composantes passives encapsulées, a été réalisé et a fonctionné jusqu'à 400 [degrés Celsius] par une activation intermittente. En utilisant la technologie hybride, ce type de capteur pourrait être réduit afin d'occuper une surface de 16 mm[indice supérieur 2]. Par contre, on constate que la quantité de capteurs pouvant être placés en parallèle n'est que de trois, limitée par la présence d'harmoniques indésirables et par la sensibilité en température du dispositif. Finalement, une stratégie pour une microfabrication du dispositif permettant de respecter la contrainte de taille de 1 mm[indice supérieur 2] est présentée.