Modelisation par la methode des elements finis du comportement thermomecanique de capteurs de pression capacitifs et piezoresistifs en silicium

par XAVIER CHAUFFLEUR

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de J.M. Blasquez.

Soutenue en 1998

à Toulouse 3 .

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  • Résumé

    L'etude des plaques suivant les theories de kirchhoff, de timoshenko a l'aide de la methode des elements finis montre que le comportement mecanique des capteurs de pression, dont le corps d'epreuve est compose d'une membrane et d'un substrat respectivement en silicium et en pyrex, ne peut pas etre simule par des modeles de plaques parfaitement encastrees. En consequence, il est propose de modeliser ces capteurs par des modeles elements finis tridimensionnels. Des procedures de calculs specifiques sont developpees pour simuler la reponse fournie par les transducteurs (capacites variables ou jauges de contraintes). Elles reposent sur l'hypothese de decouplage entre les phenomenes mecaniques et electriques : un premier modele elements finis simule le comportement structural du corps d'epreuve ; les resultats obtenus sont alors transferes vers un second modele elements finis qui traite le comportement electrique du transducteur. Cette approche permet de simuler remarquablement bien la reponse en pression des capteurs ainsi que leur comportement thermique a partir des lois fondamentales de la physique et des proprietes des materiaux. Dans le cas des capteurs capacitifs, l'influence des parametres de construction du corps d'epreuve sur la reponse est clairement identifiee. Elle revele par ailleurs l'importance des conditions d'encastrement de la membrane. Enfin, le calcul de la sensibilite et de la non-linearite en fonction de la geometrie des capacitifs a permis d'optimiser les performances du capteur. Dans le cas des capteurs piezoresistifs, le modele propose se caracterise par la prise en compte des non-linearites mecaniques, electriques et piezoresistives. Les potentialites du modele sont illustrees par l'optimisation multicritere des performances du capteur a partir du placement des jauges.


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Informations

  • Détails : 243 P.
  • Annexes : 52 REF.

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1998TOU30050
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