Sirris - Interface ULg

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Piµi
Plateforme d’Intégration en
Microsystèmes Industrialisables
Partenaires du Portefeuille: ULG-MICROSYS, SIRRIS, CENTEXBEL, CEWAC, UMONS, MATERIA NOVA
Chef de file: ULg-MICROSYS
Conférence Microsystème du 26 novembre 2013
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Microsys description
→ MICROSYS est un laboratoire de Ulg (EMMI) crée en 2006
→ Secteur de recherche:
→ Micro-assembly and Packaging for Microsystems
→ Energy harvesting for autonomous and wireless Microsystems
→ Bio and Organic chip encapsulation
→ Harsh environment applications
→ Microfluidic
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27/11/2013
PR-0001
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Brève introduction
Les microtechnologies ont engendré une mutation technologique
profonde notamment par l'usage de procédés de fabrication
entièrement nouveaux et par la gamme des applications possibles.
Les microtechnologies permettent, entre autres, de réaliser des
microsystèmes (ensemble de très petite dimension qui associe :
capteur(s), électronique et informatique de traitement de
leurs signaux, système de télécommunication, micro-actuateurs et
source d'énergie électrique
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Brève introduction
Le but de ce portefeuille PIμI est de développer une plateforme
d'intégration en microsystèmes industrialisables capables de résoudre une
majorité de problèmes liés au packaging (interconnexion, encapsulation, test
et caractérisation) des microsystèmes.
Pour ce faire la plateforme Piµi développe ses capacités de détection des
besoins industriels en amont et sa capacité de support pour les recherches
appliquées (nouvelles générations de microsystèmes et de capteurs, etc) et
associe les compétences d'autres acteurs clés et complémentaires.
L'ensemble des activités de la plateforme est inscrite dans la logique d'une
production industrielle ultérieure et en synergie avec les activités d'autres
projets et portefeuilles où la compétence en microsystèmes est requise.
20 mm
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Brève introduction
•L'intégration des capteurs intelligents se fera au travers de deux
projets : MONSOTEX et MEDIPUMP.
•L'équipement exceptionnel (MIFADEMA) quand à lui pourra servir à
des réalisations particulières pour la réalisation de microsystèmes
(ie : dépôt d'or sur substrats particuliers).
•L’exploration de nouveaux substrats et de nouveaux microsystèmes
se fait a travers REMANOS.
Medipump
Piµi
Monsotex
Remanos
Mifadema
20 mm
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Projet MEDIPUMP
Partenariat : CEWAC, SIRRIS, ULg-Microsys
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Objectif de MEDIPUMP
→ CEWAC : Réalisation de l'étude et de la mise en œuvre d'une nouvelle gamme de pompes
médicales basées sur un système mécanique fiable, sur la précision et la répétitivité de
l'injection du liquide à administrer.
→ ULG : Réalisation du microsystème permettant d'évaluer de faibles débits de manière non
intrusive, précise et de gérer la régulation des pompes.
→ SIRRIS : Réalisation du carter et plus précisément des enveloppes mécaniques.
→ Définition des démonstrateurs technologiques
→ Démonstrateur 1 : pompe hydromécanique de base (500 et 1000 ml).
→ Démonstrateur 2 : pompe électro-hydromécanique (500 et 1000 ml).
→ Démonstrateur 3 : pompe électro-hydromécanique (3000 ml).
27/11/2013
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Principes et microsystèmes pour Medipump
Occlusion en amont
Occlusion en aval
Occlusion en amont
 Détection
Occlusion en aval
 Détection
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Du modèle au système
→ Etude du mécanisme:
Analyse FEA et design numérique:
Allégement du mécanisme avec structure en magnésium
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Intégration du contrôle électronique et des
microsystèmes
Intégration de la pneumatique et de l’électronique
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Design et Capotage en impression 3D
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Validation expérimentale
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Occlusion
 Validation
Bulles d’Air
 Validation
Système final
Présentation du démonstrateur (Photo)
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Projet MONSOTEX
Partenariat : CENTEXBEL, ULg-Microsys
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Rappel des objectifs
→ Conception et réalisation de textiles intelligents destinés au monitoring du sommeil
→ CENTEXBEL : Intégration des capteurs et de l’électronique dans le textile.
→ ULG : Réalisation de l'architecture, du design et du packaging des composants permettant de
gérer les capteurs textiles.
→ 3 prototypes MONSOTEX
→ Proto 1 : vêtement intelligent (ECG et respiration)
→ Proto 2 : couvre-matelas intelligent (cartographie de pression)
→ Proto 3 : bandeau intelligent (EEG)
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Pourquoi le textile intelligent?
Textile = Confort,
Portabilité, Lavabilité
Enjeu = médicine à la
maison, abaissement des
couts, vieillissement de la
population, médecine
préventive, secteur textile
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Electronique textile et textrode
Capteur plethysmographique pour mesurer la respiration et
électrode textile sèche à pré amplification pour ECG
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Interconnection textile et électronique
Ceinture respiratoire
Substrat rigide fin (0.4 mm)
Puce nue encapsulée
Composants SMD soudés
Fils textiles collés
Fils multibrins soudés
Encapsulation silicone
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Test intensif des ceintures respiratoires et électrode ECG
Variation relative de
fréquece (∆f/f)
0,060
Capteur textile
0,050
0,040
0,030
0,020
0,010
0,000
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
Etirement relatif (∆l/l)
Simulateur respiration
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0,300
0,350
Confort thermique et test
+
Modèle et machine pour tester
le confort des vêtements
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Projet REMANOS
SIRRIS, Microsys-ULg, UMons, Materia Nova
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Présentation REMANOS
Objectifs
→ Développement plateforme intégration microsystèmes autonomes industrialisables
→ intégration sur substrats non-conventionnels, non plans; microsystèmes autonomes
(récupération énergie + stockage et gestion, communication), outils et boîtiers spécifiques, …
→ détection des besoins industriels et développement capacité de support pour les recherches
appliquées
Partenariat
→ Sirris : micro-usinage ; dépôt sélectif sans masque ; micro-outil report microsystèmes sur
produits 3D
→ Materia Nova : développement de micropanneaux photovoltaïques sur substrats "non plans".
→ UMons : recherche sur les surfaces intelligentes ; choix des matériaux.
→ Microsys-ULg: choix composants; fiabilisation, reproductibilité et caractérisation microsystèmes;
packaging sur nouveaux substrats; recherche sur autonomie énergétique;
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27/11/2013
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Infrastructure obtenue par l’équipement projet
REMANOS
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Panneau photovoltaïque électrique flexible et organique
Film actif
Anode transparente
Sur support flexible PEN
S
n
(donnor)
hn
Prérequis pour l’alimentation du µsystème:
- Puissance ~ 10 µW
- Courant débité sous cette tension: > 3.3 µA
- Tension en fonctionnement: 2.3 – 3.6 V
4 cm² (Sample 3)
hn
Courant (mA)
Voltage (V)
FF
Puissance (mW)
0.595
2.364
0.57
0.80
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Récupération énergie piézo nouvelle génération
→ Elaboration d’un système de récupération d’énergie souple pour
répondre aux contraintes de miniaturisation + robustesse
→ Conversion énergie mécanique en énergie électrique à l’aide d’un
matériau piézoélectrique (PVDF) attaché à un substrat mou (PDMS)
Etat comprimé
* F. Brau et al., Nature Physics 7, 56 (2011)
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Frittage électrode
déposé par AJP,
PVDF (25 µm)
Microsystème ultra basse puissance
MMA:
•Multisensor
•Wireless
•Autonome
•Low volume
•Low Cost
•Molded
•Polymorphe
Power management :
HRT packaging :
-Flexible array of PV
•encapsulation,
-Efficient multi source
•communication
power management
•welding (CEWAC) with
-Ultra low consumption
superinsulation
(10 µW) 10 time less than
predicted
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CEWAC - microsoudage
Exemples d’applications
Cabine de micro-soudage laser :
YAG pulsé 200W + fibre continu
400W
Micro-soudage FSW robotisé
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Faisceau d’électrons : 6kW
Taille de la chambre
500x500x500mm
Soudage par résistance par
points et à la molette
MMA Résultat fin 2012
Vibration
3 axes
Pression
Luminosité
Filaire:
Humidité
+ T°ext.
T°paroi
Consommation : 10 µW
Frequence : 1 par 5s
Power management avec cold
start et multisource
5 capteurs standard
RF 868 MHz : 10m indoor >100
m outdoor
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- USB2.0
- Capteurs externes
-Energy harvesting
-Reseau Polymorphe
Valorisation MMA : IOT : Internet of things
•
Valorisation MMA:
•
Applications:
•
•
•
•
•
Domotique: T°, humidité, luminosité, …
Industrie: T°, vibration, pression, …
Environnement
Médical
…
Building
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Energy Harvesting mouvement tres lents
•
Valorisation Energy Harvester:
•
•
Brevet européen « Energy Harvesting using several energy sources »: dépôt à l’Office Européen des
Brevet (OEB) le 21 octobre 2011
Applications Energy Harvester:
•
•
•
•
•
•
Mouvements lents: Medipump, respiration, marche, lac, océans, …
Mouvements vibratoires: transport, machines, ponts, logistique, …
Variations de température: air, moteurs, aéronautique, …Energy Harvester:
Miniaturisation  1 cm³
Power 1 mW
Multi-sources: mouvements lents, vibration, thermique
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Projet MIFADEMA
SIRRIS
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Aerosol Jet Printing
→ Acquisition de matériel exceptionnel (AJ300CE):
équipement remarquable d’impression par dépôt sélectif direct sans masque, multi-matériaux et
sur substrats quelconques. Elle permet, par exemple, la réalisation de microcircuits et de
composants intégrés sans avoir recours à la technologie de masques. Les dimensions
caractéristiques du dépôt vont de 10 microns à un peu plus de 100 microns sur une épaisseur de
quelques dizaines de nanomètres à plusieurs microns.
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Métrologie
→ Vu la finesse du dépôts, un contrôle visuelle
microscopique est nécessaire à la validation
et à la compréhension de l’influence des
paramètres du procédé de dépôts sur la
qualité des pistes ainsi déposées.
C’est pour cette raison qu’un équipement
de métrologie a été acquis pour la
métrologie 3D des pistes déposées par
Aérosol Jet Printing.
SIRRIS laboratoire de Microfabrication
- Miniaturisation
Product development
Packaged micro-system
Microfluidic chip
- Replication et fabrication de petite éléments
- Fonctionnalisation de surface
Hydrophobic µ-texture
Printed sensors
- micro-texturing
- micro-printing
- embedded micro-systems (sensors, light sources, …)
Embedded LEDs
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© Sirris |
SMALL : offre technologique
2 Principal expertise
- Micro-Usinage
- Micro Moulage et micro-replication
+ techniques
- CAD simulations (incl. CFD)
- Micro-Printing
- 3D metrology at micro-scale
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Polymer
product development
surface engineering
printed electronics
micro-mechanics
micro-fluidics
micro-optics
packaging
traceability
sensing …
Microfabrication
APPLICATIONS
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