Développement de capteurs à ondes élastiques de surface auto-encapsulés aux fréquences intermédiaires pour environnement haute température

Design of self-encapsuled surface acoustic wave sensors at intermediate frequencies for high temperature environment

• Auteur / Autrice : Guillaume Wong
• Direction : Bernard Dulmet, Thomas Baron
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 12/11/2018
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
• Jury : Président / Présidente : Franck Chollet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thomas Baron, Franck Chollet, Aurelian Crunteanu-Stànescu, Thierry Aubert, Didier Théron
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Aurelian Crunteanu-Stànescu, Thierry Aubert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hautes températures

Thermométrie -- Instruments

Systèmes microélectromécaniques

Ondes acoustiques de surface

Mots clés libres

Mems

Ondes élastiques de surface

Haute température

Encapsulation

Capteurs

WLP

Modélisation biais homogène

Mems

Surface acoustic waves

High temperature

Packaging

Sensors

WLP

Inhomogeneous bias modeling

Résumé

La thèse contribue aux recherches scientifiques et technologiques poursuivies dans le contexte opérationnel des projets collaboratifs ALCASAR et LANCASTER réalisés en partenariat avec les entreprises Rakon, Frec'n'sys, Siltronix, SENSeOR et l'Université Claude Bernard (Lyon 1). L’enjeu d'ALCASAR consiste à réaliser des composants à ondes élastiques de surface (SAW) à base d'AlN épitaxié sur saphir pour deux types d'applications : d'une part des résonateurs à produit Q.f maximal pour des sources de fréquence à bruit de phase minimum, d'autre part des capteurs passifs interrogés à distance pour mesures physiques à très haute température (supérieure à 650°C). Les plages de fréquences de ces composants sont situées au voisinage de 1GHz et 4.6GHz. L’enjeu de LANCASTER est sensiblement similaire, les différences étant le matériau utilisé pour le substrat (Langatate) et les plages de fréquences (500MHz et 1GHz). Dans les applications visées, une encapsulation collective (WLP : Wafer Level Packaging) est envisagée et, dans le cas spécifique du capteur à haute température, cette encapsulation comportera les antennes nécessaires à l'interrogation à distance par communication RF. L'objectif essentiel de la recherche consiste en l'optimisation de la réponse des composants à ondes élastiques par rapport aux contraintes différentielles induites par l'encapsulation lorsque les conditions environnementales, et notamment la température, varient.

This thesis contributes to scientific and technological research in the context of the ALCASAR and LANCASTER collaborative projects carried out in partnership with the companies Rakon, Frecnsys, Siltronix, SENSeOR and Claude Bernard University (Lyon 1). The challenge of ALCASAR is to produce surface elastic wavelength components (SAW) based on epitaxial AlN on sapphire for two types of applications. The first part will be to maximize the Qf product of resonators for frequency sources with noise of on the other hand, passive sensors interrogated at a distance for physical measurements at very high temperatures (above 650 ° C.). The frequency ranges of these components are located between 1 GHz and 4.6 GHz. LANCASTER 's stake is fundamentally similar, the differences being the material used for the substrate (Langatate) and the frequency ranges (500 MHz and 1 GHz). In the intended applications, WLP: Wafer Level packaging is provided and, in the specific case of the high temperature sensor. The main objective of the research is to optimize the response to the elastic wave components with respect to the differential stresses induced by the encapsulation when the environmental conditions, and in particular the temperature, vary.