Single-Chip FT-IR Spectrometer
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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. 8 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 7 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 9 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 10 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 11 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 12 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 13 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 15 Si-Ware Confidential – Copyright © 2014 16 Si-Ware Confidential – Copyright © 2014