Single-Chip FT-IR Spectrometer

La CCIR Paris Île-de-France
ouvre sa plateforme de prototypage
de capteurs aux PME
MARDI 24 JUIN 2014
Part 3
TÉMOIGNAGE
D’ENTREPRISES PARTENAIRES
Capteurs microfluidiques
par Stanislas RAULT – AQUALABO
Séminaire
ESIEE 24 juin 2014
1
Séminaire
Présentation du groupe
Aqualabo a été créée en 2007 avec pour objectif de reprendre les différentes PME du secteur du
de l’eau :
-
Orchidis Laboratoire en 2007 (fabriquant de réactifs pour l’analyse de l’eau)
-
Ponsel Mesure en 2010 (fabriquant de sondes numériques d’analyses physico-chimiques)
-
Perax Telegestion en 2011 (fabriquant d’automates et de loggers communicants)
-
Neosens en 2012 (Start-up fabriquant de sondes de mesure de l’encrassement)
-
Aqualyse en 2014 (fabriquant de préleveurs d’échantillons, de canaux venturi)
2
Séminaire
Histoire de Neosens
• Neosens a été créée sur la base de l’exploitation d’un
brevet de l’INRA sur le concept de la mesure d’un
encrassement par voie thermique.
• Neosens a ensuite déposé ses propres brevets du
principe d’une sonde macro-système.
• Enfin Neosens se lance dans le développement d’une
sonde micro-système protégée par un brevet.
Conclusion : une série de développements en interne sans
collaboration et seulement en utilisant les outils de l’ESIEE
3
Séminaire
Issu Fatale de Neosens
• Un capteur micro-système décliné en une
gamme de sondes pour différents types
d’applications : tours Aéro, process IAA…
• Absence d’industrialisation
• Commercialisation précoce
=> Liquidation amiable : Aqualabo reprend
les actifs.
4
Séminaire
NEOSENS LA REPRISE
•
La reprise des actifs :
–
–
–
•
Remise en route de la chaine de fabrication,
De nombreux retours des clients,
Après 6 mois, il s’avère que 80% des MEMs accusent des défauts d’isolement.
Recherche auprès des sous-traitants :
–
–
–
Intégration des MEMS dans le capteur : HCM : Reprise complète de la procédure.
Fabriquant des cartes électroniques : VIVERIS
Fabriquant des MEMS : ESIEE
• Bilan des recherches :
–
–
–
Nombreuses incohérences à l’intégration et manque de contrôles d’éventuelles pertes
d’isolement entre chaque étape.
Cartes sensibles inadaptées à la mesure dans ces conditions d’isolement.
MEMs montrant de nombreuses raisons de pertes d’isolement.
CONCLUSION : ARRET DE LA PRODUCTION ; REPRISE DE LA R&D AFIN DE FIABILISER
LE PROCESSUS DE FABRICATION.
5
Séminaire
REPRISE AVEC L’ESIEE
• Ancienne relation avec l’ESIEE de Neosens :
« Syndrome de la start-up : le secret »
• Basé sur l’usage des moyens de l’ESIEE
• Absence de collaboration complète (sous exploitation de
l’expérience des MEMs de l’ESIEE, en ne lui exposant
pas l’usage exacte des MEMs)
• Reprise de la relation avec l’ESIEE :
–
–
–
–
6
Explication détaillée de la finalité des MEMs.
Analyse commune de la conception.
Reprise des plans
Relance d’une production
Séminaire
Reprise de la production
• Production par ESIEE des nouveaux Wafer
• Découpe des wafers et intégration dans les capteurs
par HCM (tests inclus à chaque étape)
• Montage des Sondes et tests sur notre banc
d’étalonnage
Résultats : 15% de pertes à la découpe et l’intégration
dans les capteurs, 5% de pertes au montage => cout de
fabrication divisé par 4 !
7
Un projet en cours
• Aqualabo par ce capteur qui est maintenant
fabriqué par Ponsel mesure en Bretagne participe à
un FUI (avec VEOLIA et IRH et INRA) pour
développer une sonde de mesure de
l’encrassement par voie thermique et conductivité
électrique.
• A cette occasion nous allons développer avec
l’ESIEE un MEMs de mesure de conductivité
multipolaire pour ce projet.
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Spectromètres
optiques miniaturisés
par Mostafa MEDHAT – SI-WARE-SYSTEMS
Single-Chip
FT-IR Spectrometer
June 2014
1
Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
SWS in Brief
 Established in 2004 as a design house and IP provider
 Evolved into a standard products and custom ASIC provider
 3 distinct divisions
 ASIC Solutions (ASD): MEMS interface ASICs
 Timing Products (TPD): all silicon clock oscillator – SCO™
 Optical MEMS Technology (OMTD): Optical MEMS (MOEMS) based
products
 Privately held, growing and profitable since inception
 More than 100 design and product engineers
 Headquarters in Cairo, Egypt and U.S. Subsidiary in Los Angeles,
California.
2
Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
SWS Divisions
Three Breakthrough Products
ASD
ASICs for MEMS
OMTD
TPD
All Silicon Oscillators
SiMOST™
 Custom ASIC supplier
 Timing products supplier
 Optical MEMS component supplier
 MEMS interface and driver ASICs
 Self Compensated Oscillator
– SCO™
 Single-chip FT-IR spectrometer
 Room Temperature Only trimming
– RTO™
 Scanners
 Inertial sensor focus
 Development platforms
 Sigma-delta frac-N PLL
 Programmable clock gen
3
Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
 Infrared Imaging
SWS Worldwide
ESIEE R&D Fab Partner
France
Sales & Distribution
China
Sales & Distribution
Japan
MEMS Fab Partner
Japan
ASIC Fab Partner
Malaysia
ASIC Fab Partner
Singapore
Si-Ware USA
Los Angeles, CA
Sales & Application
Si-Ware Corporate Headquarters
Cairo, Egypt
Engineering & Design
4
Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
SWS-OMTD
Overview and Background
5
Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
SWS-OMTD Overview
 Optical MEMS (MOEMS) component supplier
 SWS-OMTD offers its SiMOST™ platform for creating
monolithically integrated micro-optical benches
 Micro-sizing your Optical System
 Strong track record in designing MOEMS
 World’s first single-chip FT-IR spectrometer
6
Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
SWS-OMTD Team
 The team members are based in Egypt and France
 Cairo, Egypt = SWS headquarters
 Paris, France = ESIEE laboratory
 Egypt
 MEMS design, simulation, layout, etc.
 Prototype characterization
 France  ESIEE
 Process development and prototyping
 Clean room characterization
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Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
SWS-OMTD Technology
 Silicon integrated Micro Optical Systems Technology (SiMOST™)
 Design – a library of validated MOEMS components
 Fabrication – innovative MEMS micro-machining processes
 Interface – customized ASIC interfacing solutions
 Create monolithically integrated micro-optical benches
 First commercial product = FT-IR spectrometer
 World’s first single-chip spectrometer
 Next generation product = Optical Coherence Tomography (OCT) module
8
Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
World’s First Single Chip
FT-IR Spectrometer
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Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
What is a Spectrometer ?
?
i/p
Black Box
Spectrometer
o/p
Spectrum of light at i/p
Light source
Sample material
 Every material has a unique “spectral print”
 Spectrometer usage:
 Measurement of material spectral response
 Determination of the composition of materials
 Current market size > $10 B
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Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
What’s unique about Si-Ware’s
Spectrometer?
 World’s first fully integrated FT-IR spectrometer:
 All optical and mechanical components in one chip
 Advantages:
 Batch Processing
 Low cost
 Compact
 Self Alignment & High reliability
 Enabling handheld applications
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Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
Fully Integrated FT-IR MEMS Spectrometer
 The optical system = Michelson interferometer
Moving Mirror
Beam splitter
Moving mirror
Input light
MEMS Actuator
Beamsplitter
i/p fiber
Fixed Mirror
Fixed mirror
PD
o/p fiber
interferogram
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Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
Interface
Response
Control
Application Software
MEMS chip
 ASIC solution for:
 Software for:
 MEMS driving
 Signal sensing
 Data handling
 MEMS positioning
 MEMS control
 Data processing
 Spectrum display
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Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
Example Measured Spectra
Water
1
0.8
Transmittance
Transmittance
0.8
0.6
0.4
0.6
0.4
0.2
0.2
0
1.1
Chloroforme
1
1.2
1.3
1.4
1.5
Wavelength (m)
1.6
0
1.1
1.7
1.2
1.3
1.4
1.5
Wavelength (m)
Olive Oil
1
1.6
1.7
Acetone
0.8
Transmittance
Transmittance
0.8
0.6
0.4
0.2
1.1
0.6
0.4
0.2
1.2
1.3
1.4
1.5
Wavelength (m)
1.6
0
1.1
1.7
1.2
1.3
14
Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
1.4
1.5
Wavelength (m)
1.6
1.7
Prism Award Winner 2014
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Si-Ware Confidential – Copyright © 2014
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Si-Ware Confidential – Copyright © 2014