Club des Affiliés du LAAS-CNRS

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1 Club des Affiliés du LAAS-CNRS Un instrument pour la convergence dynamique de la Recherche et de la demande R&D industrielle Réunion CNES-LAAS/CNRS-Club des Affiliés du LAAS/CNRS Objectif -Description du Club des Affiliés du LAAS-CNRS -Mission et exemple d activité d identification des besoins industriels -Identification des compétences - Roadmap technologique du LAAS-CNRS

2 Club des Affiliés du LAAS-CNRS Un instrument pour la convergence dynamique de la Recherche et de la demande R&D industrielle L objectif : Dynamiser le triptyque Industrie-Recherche-Formation incluant les PME/PMI en participant à la mise en place et au développement des processus régionaux, nationaux et européens en relation avec l expertise scientifique du LAAS. Les moyens : participer à la prospective et à la veille stratégique régionale, nationale,et internationale proposer et élaborer des actions communes en conformité avec les besoins et les potentialités des membres. consolider et développer les partenariats entre le LAAS et les entreprises et autres laboratoires tant au plan local qu international. Le Club des Affiliés du LAAS-CNRS représente 46 entreprises dont 33 PME centrées sur les hautes technologies de l aéronautique,l automobile, l électronique,l espace,la santé et les biotechnologies.

3 Club des Affiliés du LAAS exemple de mission:identification des besoins de l entreprise Approche «full chain supply»:du R&D à l industrialisation pour des applications prioritaires Identifications des applications et des éléments différentiateurs Impact des standards et des coûts de qualification et de validation Etat de l art:industriel,scientifique et technologique Identifications des verrous technologiques Présentation de l activité de R&D et de l industrialisation par l entreprise Déclinaison des besoins externes :formation,partenariat, financement,

4 Club des Affiliés du LAAS-CNRS Liste des membres du Club des Affiliés ACT Europe ACTIA AIRBUS France ALPHA MOS ALCATEL SPACE AREG Productique ASTRIUM AXILYA CIAMI Technology CRDE DELTA TECHNOLOGIES Sud-Ouest ELTA EPSILON Ingénierie ERNST &Young Audit FREESCALE SEMICONDUCTEURS S.A.S GIAT Industries HEMODIA HUMIREL HIREX Engineering INSTITUT De Recherche Pierre FABRE INNOPSYS INTERMEC STC INTEXYS ISIS-MPP ISOSCOPE KINEO Computer CAM LDLTECHNOLOGY LIGERON MIDI ENGENIERIE MICS NéoSENS ON SEMICONDUCTOR ORDOSOFTWARE REALIX TECHNOLOGIES RECIF ROCKWELL-COLLINS-France SIEMENS VDO SILOGIC SINTERS SMP SODIT STMICROELECTRONIQUE STORAGETEK SURLOG TELELOGIC THALES AVIONIC TOTAL

5 Club des Affiliés du LAAS-CNRS Liste complémentaire de non membres OLDHAM Systèmes de détection (ARRAS) SERES Systèmes de détection (Aix en Provence) ARIA développeur de modèles et audit(région parisienne) IAPSENTIC:audit environnement (Région parisienne) PLANIFF:audit environnement (Région parisienne) MEDIATECNIC:Capteurs à effet Doppler pour le débit sanguin (Toulouse) LEGRAND:installations électriques dans l habitat (Limoges) VEOLIA ENVIRONNEMENT(VEOLIA WATERS,CONNEXT & DAKLTIA) La LYONNAISE des EAUX POLYMEM:filtres Toulouse SISMIP(Syndicat des Industries de la Santé de Midi-Pyrénées ORAMIP:office régional air Midi Pyrénées BRGM(Direction générale et direction Grand Sud Ouest:Ramonville) ADEME ECOBAG (Plateforme CNRS pour l environnement:toulouse)

6 Club des Affiliés du LAAS-CNRS Cadre de réalisation - Automotive - Aeronautic & Space - Train - Medical - Quality of environment (air and water) - Qualityof thefoodandfeed «from fork to farm» Pôle de compétitivité AE&SE Canceropole Bio -Santé

7 Club des Affiliés du LAAS-CNRS Phase 1 Identification de domaines de convergence entre les partenaires industriels et les partenaires R&D du milieu académique

8 Pôle de compétences industrielle LAAS/CNRS MINAS ROSA MICOSY SINC TEAM HUMIREL INNOPSYS ELTA NEOSENS DIATECNIC ALPHAMOS SIEMENS VDO STERELA A I R B U S EADS ALCATEL SPACE V E O L I A LATECOERE IntexyS End user Equipementier transport Equipementier «enabling» Equipementier Environnement & Santé Labo Pierre FABRE SILOGIC ACTIA CHU & SAMU SINTERS Freescale RECIF Tech SOLUDIA CNES TURBOMECA Laboratoire Intégrateur EPSILON CRIL TECHNOLOGY Optomesures LDL TECHNOLOGY NOVAMEMS STMicrelect TES SMP HEMODIA ANICIA

9 Expression des besoins & Applications Pôle Aéronautique-Espace & Systèmes embarqués Cancéropôle/ Bio - Santé Avion& satellite Automobile Train Cerveau-cognition REIN PEAU Architectures/Développement robuste & Solutions simples et «cost effective» Maintenance préventive, Fiabilité prédictive/flexibilité/composants standards Réduction de la pollution Compatibilité Electro magnétique Télédétection & Télémesure Economie d énergie Hémodialyse Ultrafiltration& Stérilisation Eau potable & Eaux usées,déchets, Entartrage Mesure automatique& télédétection Bio odeur Ultrafiltration& Stérilisation Station d épuration Station de compostage Système de ventilation Mesure automatique& télédétection Systèmes de détection-diagnostic & actionneurs

10 Eco conception Toxicité de l air Toxicité de l eau Diminution de la couche d ozone Acidification de l air Création photochimique d ozone Production de gaz à Effet de serre Production de déchets dangereux Eco conception Eutrophisation de l eau Consommation de Matières premières Consommation énergétique Consommation d eau Systèmes de détection & actionneurs

11 Systèmes de Détection & Actionneurs European business model for MEMS exploitation (2) Adopter une approche «tiré par le marché» plutôt que l approche «poussé par la technologie». L introduction des MEMS doit être faite pour résoudre des problèmes spécifiques,ou pour apporter des solutions plus fiables et moins chères. Accroître l investissement et entretenir une bonne formation des investisseurs sur les possibilités et la potentialité de ces technologies. Construire et encourager des plate formes pour faire du co-développement avec un utilisateur pour assurer l exploitation industrielle prenant bien compte la conception,le packaging et le test. Construire un vrai «Roadmap» des relations Industrie et Recherche publique Améliorer l utilisation des plate formes européennes existantes ou en cours de mise en place Etablir des mécanismes de «start-up» tels que l accès au financement de recherche et l utilisation d unités de fabrication à bas coût existant en Europe. (2) rapport final DTI(UK),VDE/VDI(Germany),London april 18th 2004

12 Systèmes de Détection & Actionneurs Synthèse des besoins Réduire la pollution de l air,des sols,électromagnétique et sonore Auto diagnostic et maintenance à distance:quelques exemples - aller de l alarme lumineuse ou sonore vers des services intégrés préventifs - aider à la décision (jusqu au déclenchement automatique de manœuvres) Economiser de la puissance électrique dans les systèmes embarqués, autonomes,habitat Etablir des relations fiables «dose déposées et effets» pour les domaines la «maintenance préventive» Evolution des méthodes de validation et d approches nouvelles dans le domaine de la simulation avec la prise en compte accrue d éléments virtuels et de simulateurs d environnement

13 Systèmes de Détection & Actionneurs Exemple d intégration composants et systèmes Application input Physiques Chimiques Bio chimiques Smart sensor sensor Smart actuator Pré processor & processor actuator BUS output

14 Systèmes de Détection & Actionneurs Functions débit,température, courant,tension, di/dt,dv/dt, vitesse, w, pression,accélération, masse, force, lumen, humidité. Interfaces: physiques chimiques mouvement membranes Sources: électriques optiques Volumes: µcavités, nano cavités Pré processor & processor Physical Measu rement Sampling & filter Transducer Sensor Electronique

15 Systèmes de Détection- & Actionneur applications dans l automobile Capteurs Accéléromètre-gyroscope Capteurs bio métriques Capteurs chimiques & humidité Capteurs piezo électrique & magnétiques Micro buses Capteurs de pression Applications Airbag,système global de positionnement Contrôle d accès Chauffage,climatisation,état du carburant Vitesse des roues,positionnement et vitesse du vilebrequin,positionnement des pédales, Angles du volant Injection de carburant Entrée d air,freins,pression turbo,pneus, Injection du carburant

16 Capteurs de pression, T C /accélération µcontroleurs/batterie, RF,LED antenne Systèmes de Détection & Actionneurs exemple dans le transport automobile Entrée d air Gaz d Echappement Injection Capteur de pression & température piston Capteur de pression Moteur Débit & température pompe Moteur diesel à re circulation des gaz Turbo Pression des pneus Capteur de pression,vitesse Capteur de gaz & température catalyseur Centre de contrôle Capteur température Filtre à particules

17 Systèmes de Détection & Actionneurs applications dans l avion & satellites Capteurs Accéléromètre-gyroscope Magnéto mètres Capteurs bio chimiques Capteurs de pression Capteurs de débit Capteurs chimiques & Humidité & bio puces Micro buses ou propulseur Micro miroirs &micro affichage Capteurs de radiations Applications Navigation inertielle,atterrissage Détection d armes chimiques,biologiques Contrôle de l altitude,pneus, Contrôle de la respiration du pilote Chauffage,climatisation,épidémiologie Energie - propulsion Liaisons optiques Dosimétrie & spectrométrie

18 Systèmes de Détection & Actionneur applications Protection &Environnement Capteurs Accéléromètre Capteurs bio chimiques Capteurs de pression,t C, Humidité,débit,vitesse Capteurs chimiques & Humidité & bio puces, ph,µfluides,débit Capteurs d odeurs Capteurs de radiations Applications Capteurs de séismes Détection d armes chimiques,biologiques Prévisions météorologiques Contrôle de la qualité de l eau & de l air Contrôle de la qualité de l eau & de l air Dosimétrie & spectrométrie

19 Systèmes de Détection &Actionneurs applications grand public Capteurs Composants µfluidique Nez électroniques Capteurs chimiques Capteurs bio puces Capteurs de débit Ecran plats Capteurs de pression Capteurs de T C & IR Applications Systèmes de dosage:encre,lessive. Contrôle de l atmosphère Qualité de l air et de l eau Détection d incendie Contrôle des aliments Systèmes de climatisation Affichage Niveau de l eau dans les machines à laver Détection de flamme,de chaleur

20 Systèmes de Détection & Actionneurs applications Télécommunication Capteurs Micro Miroirs V-grooves Filtres accordables Micro bancs optiques Antenne Résonateur FBAR Inducteurs Commutateurs Capacités accordables O P T I Q U E L I A I RF S O N Applications Commutation,atténuateurs optiques Alignement de fibres optiques Lasers accordables Intégration Réception Filtration Amélioration du facteur de qualité Q et de la bande passante Routage optique

21 Systèmes de Détection & Actionneurs Réseau électrique dans l automobile Actionneurs Source Motorola Mars 2003 Quantity ELECTRIC MOTOR USAGE : Motors per vehicle

22 Systèmes de Détection & Actionneur Besoins futurs pour les Actionneurs New concept of Electromagnetics actuators PZT Actuator:Solid actuation (friction control) Fluid actuation:surface activator Actuation by Electroactive polymer PZT Ceramics Piezo polymers

23 Systèmes de Détection & Actionneur Principaux critères à remplir 6S Sampling Sensitivity Suitability (Sûreté de Fonctionnement) Stability Self calibration Selectivity

24 Systèmes de Détection &Actionneurs Evolution du marché des MEMS &MOEMS Million de US Dollar Ink jet mkt IC's MEMS Non IC's (source Yole.fr) Séminaire «Réseau de capteurs» 27 janvier 2007

25 Systèmes de Détection &Actionneurs Synthèse des principaux capteurs Accéléromètre Pression Débit Position Rotation Gyroscope Magnétomètre Antennes UV & Infra Rouge Capteurs de gaz

26 Systèmes de Détection & Actionneurs recommandations Raisonner en terme d application: Détection & Actionneur (ABS-ESP-Pression des pneus Identification d une personne dans une maison entretien d un réseau d eau audit des odeurs Hémodialyse -.Localisation d un objet ) Favoriser l approche construction MEMS LEGO qui permet la flexibilité d approvisionnement de composants qualifiés,de créer sa propriété intellectuelle et commerciale et livrer des applications Réutiliser les développements de composants MEMS & MOEMS, passifs et IC s réalisés pour la téléphonie, l automobile et le marché grand public Favoriser les capteurs à mécanisme de détection physique qui représentent 80% du marché mondial pour les 10 prochaines années.on minimise ainsi le nombre de filières de production. Rendre «easy to use» les simulateurs 3D Séminaire «Réseau de capteurs» 27 janvier 2007

27 Systèmes de Détection & Actionneurs Driving forces - Réduction du nombre I/O - Accroissement de l utilisation de blocs standards - Suppression des câbles - Intégration & miniaturisation

28 Systèmes de Détection & Actionneurs Identification des fonctions System of detection : Systeme integration Intelligent sensor: module level Smart Sensor:hybride Component Evolution B U S Transducer Signal processing Intelligent Signal processing System intégration

29 MEMS développement technologique Piezo MEMS platform:piezoelectric R&D trend device & product description Vibration Signal processing Air Silicon Intelligent membrane Piezo material Intelligent /flexible substrate Linearization/ Calibration Compensation Impedance transformation Filtering reinforcement

30 LEII/ EM3 research group competencies : 1) The heart of work : Electrodynamics Electromecanical energy conversion 2) Historical research : Rotating electromagnetic machines Evolution using new materials - Soft magnetic powders - Plastic bonded magnets New concept of electromagnetics actuators with enhanced functionalities PZT actuator -Solid actuation : friction control New thematics using - PZT ceramics - Piezopolymers - AMF, Magnetorheologic fluids - Fluid actuation : surface activators AMF actuator, Magnetorheologic fluids: Shape control Electroactif morphing Actuation by electroactive polymer

31 Systèmes de Détection & Actionneurs Développer une Plateforme Piezo MEMS car elle adresse pour chaque application a)les besoins technologiques des capteurs et des actionneurs b) l intégration système

32 Plate forme Piezo MEMS :Full chain supply du R&D à l industrialisation Phase 2 : identifier le «core team» en R&D et en formation Méthode : - capacités à adresser les fonctions rentrant dans une application - être reconnu au niveau national et européen - accroître la capacité de mutualiser les efforts - participer et contribuer au «roadmap» technologique - avoir les investissements en ligne avec le plan stratégique du laboratoire

33 MEMS Développement Technologique Axes de développement Développer une filière Réseau de Capteurs Communicants sans fil & Actionneurs Développer la filière Above IC s sur Silicium et SOI Développer de nouveaux matériaux et de nouveaux procédés de fabrication Développer le packaging 3D Développer le processus de Fiabilité prédictive dédié au MEMS Adresser la robustesse des MEMS aux ESD et aux perturbations Electro magnétiques Développer les méthodes de test Développer les modèles et les outils de simulation pour une librairie de devices robustes, pour une intégration système «easy to use»

34 du système multi capteurs au système de détection matriciel 3D 5gaz VOC particules bactéries Humidité& température pression vitesse&masse IC s Concept du «LEGO» MEMS lecture Matrice 2D & 3D de Nano matériaux produisant la fonction sensing Matrice de micro transducteurs (type Mémoires) assurant la réversibilité bio- chimique Fusion de stimuli:rétine Bulbe olfactif Intégration 3D Optique Electrique

35 Système de Détection & Actionneurs Piezo MEMS platform:technological contributors IRCOM µpackaging (Montauban) Microméchatronic (Alliances) TES Test & caracterization LEEI Electrodynamics Novel actuators concept IXL(Bordeaux) SAW/BAW MEMS Reliability LAAS-CNRS Micro actuators&sensors LAAS-CNRS Comp.Intég.Puis Comp.Intég.Hyper Simulation & Model. NOVAMEMS Predictive reliability on MEMS Integration: System Technology LAAS-CNRS CRILTECHNOLOGY MEMS Simulation CTTC(Limoges) Photostéréophoto Rapid protyping CIRIMAT Ceramics Sol- gel& PVD Polymer sensor LCC-CNRS Organo metalic Dendrimer LAAS-CNRS & LCC-CNRS MOCVD&lift off

36 Systèmes de Détection & Actionneurs Plate forme Piezo MEMS :Investissements.LAAS-CNRS: l Etat et la Région Midi-Pyrénées financent le programme national RTB au LAAS-CNRS pour construire la plate forme technologique dédiée à la gestion de l énergie,aux MEMS et aux MOEMS -700m2 clean room (2005) et 2000 m2 clean room (2006) LCC-CNRS:1500m2 décomposés en m2 :Magnétique Piezo électrique Chimique nanoparticules m2 :Dendrimères m2 : Bio matériaux pour le traitement du cancer CIRIMAT: data en cours CTTC(Limoges): 2000 m2 de nouveaux locaux en place

37 Plate forme Systèmes de détection & actionneur Vision : Etre le leader dans la définition des systèmes de détection démocratisables Mission : Aider les acteurs à faire croître leurs marchés, leurs connaissances et leur attractivité en structurant le partenariat entre les partenaires industriels, académiques et institutionnels en utilisant les moyens dans le cadre de plate formes technologiques Domaines d application : Transport,Santé, Environnement & développement durable Activité : -projets de recherche et innovation -aide au développement industriel -formation -veille technologique Verrous génériques : Améliorer le Sampling,la Sensibilité,la Sûreté de Fonctionnement,la Stabilité,la Self Calibration et la Sélectivité des systèmes de détection par la miniaturisation et l optimisation des différentes fonctions des systèmes de détection

38 Systèmes de Détection & Actionneur La plate forme du projet «Sensor and Self-Organized Networks» CITI Lyon LAAS-CNRS Toulouse LIP6 Paris IRCICA/LIFL Lille(Responsa ble)

39 Systèmes de Détection & Actionneur Plat forme: - Auto Adaptative Network : Mini PC en Wi Fi Ad-Hoc Network of Sensors/Actuators Mobile Ad hoc Network : working group IETF MANET Contributions OLC/LAAS Technologies of communication WiFi (2002), BlueTooth (2003), ZigBee (2005), UWB (?) Access to the Network /Network Ad-Hoc Multi domain interconnection /management of the heterogeneity Satellite (plate forme du projet SATIP6) Transport Layer (DCCP,TCP,UDP, ) on architecture?

40 Systèmes de Détection & Actionneurs Center for Technology Transferts in Ceramics Focused skills a)powder preparation: b) pressing c) extrusion d) tape casting e) injection molding f) pressure casting g) rapid prototyping This technology enables to produce large ceramics tape from 50µm to 2mm of thickness for industrial applications (electronics,automotive, filtration & biomedical Ceramic rapid protyping technology is a very Interesting technology to create ceramics Prototype in few hours. The stereolithography process produces exact replica of computer solid models by solidifying a photo curable paste,layer by layer with UV laser.the binder is removed by heating,then the object is sintered with a classical way to get the final piece

41 Système de Détection & Actionneurs MEMS développement technologique Compétences du LAAS-CNRS et de ses partenaires 1) Composants discrets

42 Système de Détection & Actionneurs MEMS développement technologique Stand alone pressure sensor RF Switch Stress gauges Silicon H L switch LAAS/CNRS compétences self Inductor Planar antenna

43 Système de Détection & Actionneurs MEMS développement technologique 2) Intégration above IC s sur Silicium et SOI

44 MEMS développement technologique self switch Fondeur Intégration verticale de micro-systèmes dans des circuits sur plaques

45 Systèmes de Détection & Actionneurs Piezo MEMS technology trends Systèm Intégration (architecture) Bus handling 1980 to to 2010 Système en nanotechnologie Knowledge - based Signal processing Intelligent Adaptative MEMS Linearization/ Calibration Compensation Signal reinforcement Single & Smart sensor Piezo resistive & Integrated thermal Sensor;CTN&CTP Evolution Technology integration New Piezo electric & Integrated thermal sensor: Sub-micronic gauge;high k; Active Silicon & dielectric membrane RF MEMS Micro & flexible packaging

46 Système de Détection & Actionneur DC-DC Converter MEMS platform Systèm Intégration (architecture) Bus handling 1980 to to 2010 Système en nanotechnologie Knowledge - based Signal processing Intelligent Adaptative MEMS Linearization/ Calibration Compensation Signal reinforcement Smart sensor Smart actuator (SMOS-HDTMOS IGBT) Current-voltage-temperature Sensors Overcurrent & overvoltage Sensors Smartmos &HDTMOS actuator Micro actuators & ESD -EMI Evolution Technology integration Integration of passive components High k & high µ Integration of galvanic insulation solutions (transfo-optical)-integrated ESD&EMI solutions Active Silicon & dielectric membrane

47 Plate forme Piezo MEMS Compétences mutualisées en R&D LAAS-CNRS & LCC-CNRS Branches Core Cavities Surface functions Intelligent piezo resistive membrane with PZT piezo material Example of dendrimers (generation 3) permiting to adress robust adhesion of material Nano imprint technology: 4000 spot/cm2

48 Plate forme Piezo MEMS Compétences mutualisées en R&D LAAS-CNRS & LCC-CNRS

49 Piezo MEMS platform:piezoelectric R&D trend LAAS CNRS & LCC -CNRS Intelligent piezo resistive membrane with PZT piezo material Nano particles of Iron :7nm

50 Piezo MEMS platform:piezoelectric R&D trend LAAS-CNRS and CIRIMAT Le CIRIMAT élabore et caractérise des métaux, alliages, céramiques, polymères, composites et des solides à fort rapport surface/volume (film et nanoparticules). Un des axes de récherche concerne les capteurs : multi échelles (répartition des contraintes, reconnaissance d empreintes digitales), de détection des gaz (CO, NOx, H2, CO2, Hydrocarbures, c) et de température. Couche mince nanostructurée de ferrite spinelle observée par microsccopie électronique à balayage (MEB-FEG). Photo CIRIMAT

51 Plate forme Piezo MEMS Compétences mutualisées en R&D ε ' Electrical properties of new material CaCu 3 Ti 4 O CCT 1 phase : sample A CCT 2 phases : sample B CCT 3 phases : sample C1 CCT 3 phases : sample C2 CCT 3 phases : sample C3 -Very high value of the permitivity a)for some composition interesting response vs the temperature b)lack of ferroelectric paraelectric transition Temperature ( C) CIRIMAT

52 Systèmes de Détection & Actionneurs LAAS-CNRS:MEMS RF Devices Output 1 Input Membrane MEMS-Based Single Pole Double Throw Topology on membrane for Millimeter Wave Space Communications

53 Systèmes de Détection & Actionneurs LAAS-CNRS:MEMS- MOEMS Métallisations Résistance Chauffante SnO 2 SnO2 nanoparticulaire MICS A Fréquence Membrane Silicium Capteur Nouve lle génération Ligne à retard Deflection and vibration of Piezo electronic membranes: LAAS-CNRS électrolyte électrode d e référence Gaz sensor by deposition of nanoparticles of SnO 2 on silicon plate-form (collaboration MiCS, Neuchatel- LCC-CNRS and LAAS-CNRS) VC sub strat type P CHEMFET : LAAS-CNRS & HEMODIA

54 Systèmes de Détection & Actionneurs LAAS-CNRS:MEMS- MOEMS Nano injectors perform reproducible nanospot at the wafer level. Nano injectors perform also µ sampling and on the near future nano sampling and µ PCR by implementation of µfluidic performances a) Ejector matrix: 4000 /cm2 b) Flexibility to drive each ejector c) Compatibility with suspended dielectric and piezo dielectric membranes

55 Systèmes de Détection & Actionneurs Pôle de formation IUP ASEIM (Architecture Systèmes Energie Intégration Microélectronique) IUP ICM (Instrumentation Capteurs Métrologie) IUP TMM (Techniques Méthodologies Médicales) INPT & INSAT