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Detailed view PhD thesis
INSA de Toulouse (24/11/2005), FOURNIOLS Jean-Yves (Dir.)
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these_S_Muratet_24_11_2005.pdf(4.7 MB)
Conception, caractérisation et modélisation : fiabilité prédictive de MEMS à actionnement électrothermique
Sylvaine Muratet1

Afin de contribuer à étendre le champ d'applications des microsystèmes à des nouvelles applications à haute valeur ajoutée mais faible série, il apparait nécessaire d'estimer et d'analyser la fiabilité d'un microsystème en prenant en compte les conditions d'utilisation. C'est pour répondre à cette problématique que les travaux de cette thèse ont été réalisés en vue de mettre en place une méthodologie d'étude de la fiabilité des microsystèmes par le biais de la modélisation. En effet, en réalisant un prototype virtuel complet d'un microsystème, on peut non seulement prédire son comportement dans n'importe quelles conditions environnementales d'utilisation mais aussi l'optimiser avant de lancer sa fabrication. Pour démontrer la faisabilité de cette méthode, les travaux ont été menés sur les actionneurs électrothermiques. Pour cela, nous avons (1) mis en place un modèle analytique du comportement idéal de la structure en utilisant la méthode des éléments finis mais surtout le langage VHDL-AMS, (2) fabriqué et caractérisé des véhicules de tests pour valider ce modèle, (3) réalisé des tests de vieillissement pour mettre en évidence les mécanismes de défaillance et enfin (4) avons mis en place des modèles empiriques de ce vieillissement pour compléter la description analytique.
1:  LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse]
Fiabilité de MEMS – Prototypage virtuel (Matlab & Saber) – Actionnement électrothermique – Conception et design de MEMS – Modélisation physique et analytique – VHDL-AMS – Analyse de sensibilité

In the objective to extend the MEMS applicative field to expensive and safety critical applications, it is necessary to predict and analyse the MEMS reliability by taking into account the conditions of use. The aim of the thesis is to propose a novel methodology for the study of the MEMS reliability through modelling. Indeed, with the realization of complete virtual prototype of the microsystem, we can not only predict its behaviour in every environmental conditions of use but also optimize its design before the fabrication. The feasibility of the methodology is demonstrated on a U-shaped electro thermal actuator as test vehicle. To demonstrate the reliability methodology (1) an analytical model has been developed for the ideal behaviour of the device using finite element method and particularly using VHD-AMS language, (2) test vehicles were fabricated and characterized to validate the analytical model, (3) ageing tests are realized to evaluate lifespan and demonstrate failure mechanisms associated with ageing, and finally (4) an empirical model has been created for ageing behaviour in order to integrate it to complete the analytical description of the device.
MEMS reliability – Virtual prototype – Electro thermal actuation – MEMS conception and design – Physical and analytical modelling – Sensitivity analysis

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