<p>This master thesis is about investigation a power efficient anti-moisture device thatcan be implemented in electronic enclosures in severe climatic environments.First, some of the existing knowledge and previous works were introduced. Then arelevant theoretical background including three main approaches in humiditymanagement are described, comparison between the enclosure heaters and localheaters, some psychrometics concepts that have been used in the project, heattransfer fundamentals, environmental test basics, some humidity and temperaturesensing techniques, computational fluid dynamics, programmable logic controlfundamentals, comparison PLCs with microcontrollers was provided.A series experiments have been performed in order to find the power efficient andmost effective anti-moisture method. Based on the analysis of the experiment data,the local heater system has been designed. CFD assisted parametric study of thelocal heater has been performed in order to find the best feasible design includingthe size and location. The local heater has been built based on the results ofparametric study. Different materials have been tested in laboratory in order tofind the proper material for final prototype of heater. The implemented localheater has been integrated with programmable logic control device. The controlalgorithm has been developed for activation/deactivation of local heater. The logiccontrolled PCB local heater has been experimentally evaluated.In the end the results achieved from environmental test have been presented andanalyzed. Some conclusions on the results and also future work have been discussed.</p>

La Thèse a été réalisée en cotutelle entre l’Université Jean Monnet de Saint Etienne (France) et l’université de Palerme (Italie) et en collaboration avec l’Agence nationale pour la gestion des déchets radioactifs (ANDRA). Le travail de recherche concerne l'étude des capteurs répartis à fibres optiques (utilisant la lumière rétrodiffusée Raman et Brillouin) destinés à l’observation et à la surveillance des ouvrages dédiés au stockage géologique de déchets radioactifs de haute activité et moyenne activité à vie longue (projet CIGEO : centre industriel de stockage géologique). Dans ce contexte, les fibres optiques sont envisagées en tant qu’élément sensible de capteurs pour la mesure de paramètres environnementaux tels que la température ou la déformation. Les conditions environnementales extrêmes d’exploitation entrainent la dégradation des propriétés de la fibre optique et des performances du capteur. La réponse des capteurs Brillouin et Raman est influencée par la présence de rayonnement y et d’hydrogène dans l’atmosphère Cigéo. Dans les deux cas, une diminution de la transmission linéique de la fibre optique est observée. Ce phénomène est dû à l’atténuation induite par radiation (RIA) ou par hydrogène (HIA) réduisant ainsi la portée de la mesure. En outre le rayonnement y et l’hydrogène provoquent des erreurs sur la mesure de température ou de déformation pour les deux types de capteurs. L’étude a permis d’établir les lignes directrices pour la sélection et le développement des capteurs repartis à fibre optique appropriés pour travailler dans l’environnement Cigéo / This PhD thesis is conducted in the joint supervision of both the University Jean Monnet of Saint Etienne (France) and the University of Palermo (Italy) in collaboration with the French national agency for the management of radioactive wastes (ANDRA). The aim of the Thesis is to evaluate the performances of distributed optical fiber sensors (based on Raman and Brillouin scattering technologies) that will be employed for monitoring industrial site for deep geological disposal for high and long-lived intermediate level activity radioactive waste (HL-W and LL/IL-W, respectively), called Cigéo. In this context, the distributed optical fiber sensors will provide a time and spatial cartography of the strain and temperature inside the disposal cell. The severe environment of Cigéo requires the sensor evaluation taking into account the resulting degradation of the sensing optical fiber. The sensor response is affected by y-rays and hydrogen presences inside the storage cells. In both cases a decrease of the optical fiber transmission, due to the radiation or hydrogen induced attenuation (RIA or HIA) is observed and limits the sensing distance range of the sensor. Moreover, the two different environment constraints lead to errors in the temperature or strain evaluation for both sensor technologies. This Thesis work establishes the guidelines to select and design distributed optical fiber sensors suitable to operate in radiation environment such as Cigéo one

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Les méthodes optiques passives de mesures de température comme la thermographie ou la pyrométrie optique sont intéressantes car elles permettent une mesure non intrusive de l’objet cible à condition de connaître le facteur d’émission. La connaissance de ce facteur est critique pour déterminer la température de surface par le rayonnement thermique émis dans un domaine spectral. Le pyromètre bichromatique impulsionnel permet de surmonter la connaissance de ce paramètre à condition que le choix des valeurs de longueurs d’onde soit fait avec précautions. Lorsque l’objet à mesurer est situé dans un environnement industriel, de telles méthodes optiques sont fortement perturbées par la présence d’un milieu optiquement absorbant. C’est également le cas pour des objets situés dans des environnements très chauds qui émettent d’intenses radiations interférentes. Dans cette thèse, nous présentons une méthode radiométrique active bichromatique pour mesurer la température d’une surface en milieu industriel. Cette méthode est basée sur une excitation locale par une source laser modulée dans l’infrarouge. La détection de la température qui est corrélé avec l’excitation permet d’extraire par détection synchrone le signal modulé noyé dans un bruit jusqu’à un million de fois supérieur. Travailler à courtes longueurs d’onde (domaine visible et proche infrarouge) offre une grande dynamique et minimise l’erreur induite par les variations d’émissivité avec la longueur d’onde. Ce système collecte le rayonnement émis par l’objet à distance, de quelques mètres à plusieurs dizaines de mètres selon la configuration du système optique. Le principe de la méthode de mesure, le système optique et l’appareillage sont présentés dans ce rapport ainsi que les études théoriques et expérimentales sur la sensibilité, sa calibration et les résultats obtenus sur différents sites industriels. / Optical passive methods of temperature measurements such as thermography or optical pyrometry are very interesting because they allow a non-intrusive measurement with the target object provided to know the emission factor. The knowledge of this factor is critical for determining the actual temperature of a surface from the thermal radiation emitted in a wavelength band. The bichromatic pulsed pyrometer allows to overcome the knowledge of this parameter provided that precautions are taken in the choice of the values of wavelengths. When the object to be measured is placed in industrial environments, such passive optical methods are greatly disturbed by the presence of an optically absorbing medium. It is also distorted for objects located in very hot environments emitting intense interfering radiation. In this thesis, we present an active bichromatic radiometric method for measuring the temperature of a surface in harsh environments. The method is based on a localized excitation by a modulated laser source in the infrared range. Detecting the temperature range which is correlated with the excitation allows a synchronous detection to extract the signal embedded in a noise up to 106 times superior. Working at short wavelengths (visible range and near infrared range) offers a large dynamic range and minimizes the error due to variations in emissivity with the wavelength. This system collects the radiation emitted by the object at a distance from a few meters up to dozens of meters depending on the configuration of the optical system. The principle of the measurement method, the optical wavelength separation system and the telemetry apparatus are presented in this report as well as the theoretical and experimental study of the sensitivity of the device, its calibration and the results obtained in different industrial sites.

Le mémoire porte sur l’étude de la fiabilité des assemblages utilisant des alliages de brasure sans-plomb en environnement sévère pour des applications électroniques. Une méthode de préparation métallographique fiable et reproductible en vue de l’analyse microstructurale est présentée. L'effet du vieillissement thermique statique sur l’évolution microstructurale de billes de brasure en SAC, la tenue à la fatigue mécanique des assemblages brasés et l'étude de l'endommagement thermomécanique sont développés. Le seul effet notable constaté après vieillissement thermique est l'augmentation des épaisseurs des intermétalliques de contact. A la suite de sollicitations mécaniques, les ruptures sont plus souvent observées dans les pistes que dans les brasures, et ne permettent pas d'incriminer des éléments de la microstructure brasée comme facteurs déterminant de propagation des fissures. Les sollicitations thermomécaniques conduisent à une recristallisation, et les fissures se propagent alors le long des joints de grains recristallisés. / The thesis focuses on the study of the reliability of assemblies using Pb-free alloys under' harsh environment for electronic applications. A method for preparing metallographic reliable and reproducible for the microstructural analysis is presented. The effect of thermal aging on the static microstructural evolution of solder balls in SAC, the resistance to mechanical fatigue of solder joints and the study of thermomechanical damage are developed. The only significant effect observed after thermal aging is the increase in thickness of the intermetallic contact. Following mechanical, ruptures are most often seen in the copper tracks of the assembly, and do not blame the solder microstructure elements as determinants of crack propagation. The thermomechanical stresses lead to recrystallization, and then cracks propagate along the grain boundaries of recrystallized.

Elektronik för extrema miljöer, som kan användas vid hög temperatur, hög strålning och omgivning med frätande gaser, har varit starkt önskvärd vid utforskning av rymden och övervakning av kärnreaktorer. Kiselkarbid (SiC) är en av kandidaterna inom material för extrema miljöer på grund av sin höga temperatur- och höga strålnings-tolerans. Syftet med denna avhandling är att karakterisera 4H-SiC MOSFETar vid hög temperatur och att konstruera SPICE modeller för 4H-SiC MOSFETar. MOSFET-transistorer karakteriserades till 500°C. Med användande av karaktäristik för en 4H-SiC NMOSFET med L/W = 10 µm / 50 µm, anpassades en SPICE LEVEL 2 kretsmodell. Modellen beskriver DC karakteristiska av 4H- SiC MOSFETar mellan 25ºC och 450ºC. Baserat på SPICE-kretsmodellen simulerades egenskaper för operationsförstärkare och digitala inverterar. Därutöver analyserades driften av pseudo-CMOS vid hög temperatur och principen för konstruktion av pseudo-CMOS föreslogs. Arean och utbytet (s.k. yield) av pseudo-CMOS integrerade kretsar uppskattades och det visar sig att SiC pseudo-CMOS integrerade kretsar kan använda mindre area än SiC CMOS integrerade kretsar. / Harsh environment electronics, which can be operated at high-temperature, high-radiation, and corrosive gas environment, has been strongly desired in space exploration and monitoring of nuclear reactors. Silicon Carbide (SiC) is one of the candidates of materials for harsh environment electronics because of its high-temperature and high-radiation tolerance.‌ The objective of this thesis is to characterize 4H-SiC MOSFETs at high- temperature and to construct SPICE models of the 4H-SiC MOSFETs. The MOSFET devices were characterized up to 500ºC. Using the characteristic of a 4H-SiC NMOSFET with L/W = 10 µm/50 µm, a SPICE LEVEL 2 circuit model was constructed. This model describes the DC characteristic of the 4H-SiC MOSFETs in the range of 25 – 450ºC. Based on the SPICE circuit model, the characteristics of operational amplifiers and digital inverters were simulated. Furthermore, the operation of pseudo-CMOS at high-temperature was analyzed and the operation principle of pseudo-CMOS was suggested. The device area and yield of pseudo-CMOS integrated circuits were estimated and it is shown that SiC pseudo-CMOS integrated circuits can use less area than SiC CMOS integrated circuits.