Conclusion et perspectives

Cette étude a montré la faisabilité de capteurs de force à base de micropoutres sérigraphiées. Pour les matériaux de micropoutre choisis et les dimensions réalisés, des sensibilités allant de 1 à 2,5N^-1 (4,9 à 18,5kΩ.mN^-1) ont été déterminées. La gamme de forces mesurées s‟étend de 100µN à 4,3mN. Les sensibilités de trois poutres ayant les mêmes dimensions ont été mesurées afin de s‟assurer d‟une bonne reproductibilité de fabrication (2,33N^-1 < S < 2,63N^-1), avec, cependant, des légères différences principalement dues à l‟évaluation de l‟épaisseur et la rugosité des couches.

Un comparatif avec d‟autres technologies de fabrication de micropoutres a été réalisé. Il a, en outre, mis en évidence les meilleures sensibilités et résolutions des micropoutres sérigraphiées comparativement aux micropoutres en papier ou en céramiques de dimensions équivalentes. D‟autre part, toujours pour des dimensions comparables de micropoutres, la faible rigidité des poutres diélectriques sérigraphiées permet la détection de forces inférieures à celles détectables avec les technologies silicium et céramiques.

La taille des micropoutres a été optimisée pour cette étude de faisabilité dans le but de détecter des forces dans la gamme du mN. La taille et la forme [31] [32] des micropoutres peuvent, cependant, être adaptées pour pouvoir détecter des plages de forces plus importantes ou atteindre des sensibilités plus grandes même si la technologie de sérigraphie impose certaines limites dimensionnelles : classiquement 100µm pour la longueur et la largeur d‟un motif et quelques microns pour l‟épaisseur. Cette réduction de taille devrait permettre une meilleure intégration dans des microsystèmes existants. Au vu de la gamme de forces

187

détectables, une application dans le domaine de la robotique est envisageable, notamment pour la mesure de forces de préhension durant les manipulations de micro-objets pour MEB [23]. En effet, pour cette application où les micro-préhenseurs sont réalisés avec un procédé mettant en œuvre différents technologies de fabrication (ultrasons, photolithographie, LIGA), notre procédé de sérigraphie associé à l‟utilisation à celui de la couche sacrificielle pourrait s‟avérer être une alternative simple, bas coût.

4.8 Références

[1] S. Tétin, B. Caillard, F. Ménil, H. Debéda, C. Lucat, C. Pellet, and I. Dufour. Modeling and performance of uncoated microcantilever-based chemical sensors. Sensors and Actuators B: Chemical, 143:555-560, 2010.

[2] H. Birol, M. Boers, T. Maeder, G. Corradini, and P. Ryser. Design and processing of low-range piezoresistive ltcc force sensors. XXIX International Conference of IMAPS Poland Chapter, Koszalin-Darlowko, 2005.

[3] F. Gretillat, M.A. Gretillat, and N.F. de Rooij. Improved design of a silicon micromachined gyroscope with piezoresistive detection and electromagnetic excitation. Journal of Microelectromechanical Systems, 8:243–250, 1999.

[4] S. Sugiyama, M.Takigawa, and I. Igarashi. Integrated piezoresistive pressure sensor with both voltage and frequency output. Sensors and Actuators A, 4:113–120, 1983.

[5] B.J. Kane, M.R. Cutkosky, and T.A. Kovacs. A traction stress sensor array for use in high-resolution robotic tactile imaging. Journal of Microelectromechanical Systems, 9:425– 434, 2000.

[6] C. Hautamaki, S. Zurn, S.C. Mantell, and D.L Polla. Experimental evaluation of mems strain sensors embedded in composites. Journal of Microelectromechanical Systems, 8:272– 279, 1999.

[7] G. Asch. Les capteurs en instrumentation industrielle. DUNOD, pages 395–426 ; 8, 1999.

[8] C. Liu. Foundation of mems. Prentice Hall, pages 207–210, 2006.

[9] F.T. Geyling and J.J. Forst. Semiconductor strain transducers. The Bell System Technical Journal, 39:705–731, 1960.

[10] J.D. Plummer, M.D. Deal, and P.B. Griffin. Silicon vlsi technology fundamentals, practice, and modeling. Prentice Hall, 2000.

188

[12] M. Tamborin, S. Piccinini, M. Prudenziati, and B. Morten. Piezoresistive properties of RuO2-based thick-film resistors: the effect of RuO2 grain size. Sensors and Actuators A, 58:159-164, 1997.

[13] M-H Lefort, V. Djafari, B. Jouffrey, and C. Savary. Thick film piezoresistive ink: Application to pressure sensors. The International Journal of Microcircuits and Electronic Packaging, 23:pp. 191–202, 2000.

[14] M. Prudenziati. Thick film sensors, volume 1 (handbook of sensors and actuators). Elsevier Sciences B.V, pages 189–206, 1994.

[15] J. Engel, J. Chen, and C. Liu. Polymer-based mems multi-modal sensory array. Presented at 226th National Meeting of the American Chemical Society (ACS). New York, NY, 2003.

[16] M. Prudenziati. Thick film sensors and actuators 1. ed. Elsevier Science BV, Amsterdam, 1994.

[17] S.P. Timoshenko. Résistance des matériaux, tome 1. page 132, 1968.

[18] J-B. Bureau. Conception, réalisation de microcapteurs de force à base de jauges pi zor sistives pour la caract risation m canique d’assemblages cellulaires en milieu liquide. PhD thesis, Université des Sciences et Technologies de Lille - UFR d‟Electronique, 2006. [19] M.F. Ashby and D.R.H. Jones. Engineering materials II (3rd edition). Elsevier, page 464, 2008.

[20] C.H. Cho. Characterization of young‟s modulus of silicon versus temperature using a “beam deflection” method with a four-point bending fixture. Current Applied Physics, Vol 9:pp. 538-545, 2009.

[21] J.R. Mallon Jr A.J. Rastegar A.A. Barlian, W-T. Park and B.L. Pruitt. Review: Semiconductor piézoresistance for microsystems. Proceddings of IEEE Inst Electr Electron Eng., 97:513-552, 2009.

[22] G. Van Barel, W. De Ceuninck, and A. Witvrouw. The influence of geometrical imperfections in micromachined cantilevers on the extracted young‟s modulus using a simple model. J. Micromech. Microeng, 18:115027, 2008.

[23] R. M. Digilov. Flexural vibration test of a cantilever beam with a force sensor: fast determination of young‟s modulus. European Journal of Physics, 29:589-597, 2008.

[24] X. Xiao, X.M. Shan, Y. Kayaba, K. Kohmura, H. Tanaka, and T. Kikkawa. Young‟s modulus evaluation by saws for porous silica low-k film with cesium doping. Microelectronic Engineering, 88:666–670, 2011.

189

[25] M.F. Ashby and D.R.H. Jones. Matériaux - 1. Propriétés, applications et conception (3ème édition). DUNOD, page 36, 2008.

[26] C. Castille. Etude de mems piézoélectriques libérés et microstructurés par sérigraphie : application à la détection en milieu gazeux et en milieu liquide. PhD Thesis, Université Bordeaux 1, (France), 2010.

[27] X. Liu, M. Mwangi, X. Li, M. O‟Briena, and G.M. Whitesides. Paper-based piézoresistive mems sensors. Lab on a Chip, 11:2189–2196, 2011.

[28] H. Birol, T. Maeder, C. Jacq, G. Corradini, M. Boers, S. Straessler, and P. Ryser. Structuration and fabrication of sensors based on ltcc (low temperature co-fired ceramic) technology. Key Engineering Materials, 336 - 338:1849–1852, 2007.

[29] H. Birol, T. Maeder, I. Nadzeyka, M. Boers, and P. Ryser. Fabrication of a millinewton force sensor using low temperature co-fired ceramic (ltcc) technology. Sensors and Actuators A, 134:334-338, 2007.

[30] R. Perez, N. Chaillet, K. Domanski, P. Janus, and P. Grabiec. Fabrication, modeling and integration of a silicon technology for sensor in a piézoelectric micro-manipulator. Sensors and actuators A : Physical, Vol. 128:pp 367–375, 2006.

[31] P.R. Wilkinson, W.S. Klug, B. Van Leer, and J.K. Gimzewski. Nanomechanical properties of piézoresistive cantilevers: Theory and experiment. Journal of Applied Physics, Vol. 104, Issue 10, 2008.

[32] J.A. Harley and T.W. Kenny. High-sensitivity piézoresistive cantilevers under 1000 angstroms thick. Applied Physics Letters, Vol. 75, Issue 2, 1999.

190