Présentation
RÉSUMÉ
La microélectronique a apporté de grandes avancées au capteur, à la fois en fonctionnalités et en coût. Cet article présente les matériaux utilisables en microélectronique, et notamment le silicium. Puis il détaille les technologies de micro-usinage collectif utilisables pour produire ces capteurs. Les propriétés et les applications sont ensuite détaillées pour les capteurs micro-usinés et non micro-usinés.
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
Lire l’articleAuteur(s)
-
Alfred PERMUY : Ancien élève de l’École normale supérieure - Docteur en Physique - Directeur technique SAFT Power Systems
-
Éric DONZIER : Ingénieur ESIEE - Directeur de recherche Schlumberger
-
Fadhel REZGUI : Docteur en Physique - Responsable Technologie capteurs Schlumberger
INTRODUCTION
La plupart des systèmes de contrôle sont constitués d’une chaîne de trois organes fonctionnellement différents :
-
les capteurs qui prélèvent l’information et la convertissent en grandeur électrique ;
-
la structure de traitement électronique des signaux numérique ou analogique ;
-
les moteurs qui se chargent d’agir sur l’environnement ou d’informer l’opérateur humain.
Avec l’évolution considérable des performances et la réduction des coûts de fabrication des électroniques de traitement (essentiellement liées aux microprocesseurs), les capteurs sont devenus, dans les années 1970, des produits stratégiques conditionnant dans une large mesure le prix de revient et l’efficacité des systèmes de contrôle. De plus, l’augmentation des performances (impliquant des compensations de dérives thermiques et des linéarisations du signal) et la nécessaire réduction du coût d’interfaçage avec l’organe de traitement (conduisant à une numérisation et au contrôle d’un bus de communication) imposent d’associer au capteur proprement dit une électronique comportant des circuits analogiques et numériques. L’ensemble constitue un capteur intelligent.
La problématique du capteur peut alors se résumer dans les objectifs :
-
réduction du coût ;
-
compatibilité avec les circuits électroniques ;
-
miniaturisation.
Les techniques de la microélectronique apportent une réponse basée sur la nature collective des procédés (d’où les faibles coûts), la réduction des dimensions et les possibilités de réalisation sur un même support du capteur et de son électronique.
Il faut souligner que l’aspect fédérateur de ces techniques est essentiel ; du fait de leur grande diversité et des marchés encore faibles, les capteurs ne peuvent justifier un investissement de production spécifique qui ne pourrait être amorti. Il est fondamental, et cela au détriment des performances, de s’accommoder des moyens de production déjà maîtrisés.
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
DOI (Digital Object Identifier)
Présentation
ConclusionArticle inclus dans l'offre
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
6. Effets de la miniaturisation des capteurs
Si la miniaturisation suscite beaucoup d’engouement et d’intérêt, elle peut s’accompagner de réelles difficultés technologiques et de limitations physiques fondamentales liées aux lois d’échelles.
Pour mieux les appréhender, analysons comment les différentes forces physiques qui peuvent intervenir dans le fonctionnement de microcapteurs évoluent avec la miniaturisation.
-
Force élastique
Elle intervient très souvent dans la conception d’un capteur puisqu’elle définit le niveau de contrainte et les allongements associés.
Dans le cas simple d’une poutre, la raideur k s’écrit :
avec E module d’Young,
e épaisseur,
b largeur,
longueur.
Comme F élastique » Kx (x déplacement), on a alors :
Félastique µ [L2]La miniaturisation n’est donc pas favorable aux capteurs à mesure de contrainte ou de déplacement car la force mesurée varie comme le carré de la dimension. Les effets erratiques d’assemblage (colle, scellement), de dilatation différentielle (structure hétérogène) ou de bilame (empilement de couches) auront donc davantage d’influence sur de petites structures.
-
Force inertielle
Lorsque l’accélération est constante (cas du champ de gravitation), la force inertielle varie comme le cube de la dimension :
Fpesanteur = Mg = ρVg µ [L3]avec M masse,
g accélération de la pesanteur,
ρ densité,
V volume.
Si l’accélération γ (m.s-2) n’est plus constante, alors :
Finertielle = M γ µ [L4]Ces calculs montrent que la force élastique décroît moins vite que la force d’accélération lorsque la dimension diminue. En conséquence :
- ...
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
Effets de la miniaturisation des capteurs
Article inclus dans l'offre
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
Article inclus dans l'offre
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
