Contribution to the Design and Test of Monolithic Microsystems: Application to an Electronic Compass
Contributions à la Conception et au Test de Microsystèmes Monolithiques : Application à une boussole électronique
Résumé
There is an important need to develop low-cost sensors that do not necessarily require an excellent performance level. CMOS monolithic technology offers an adequate solution for batch fabrication. However, some bottlenecks are present in the development of this kind of sensors. It is: the design of an electronic interface robust to process scattering, low-cost test techniques for mechanical structures and packaging. This thesis proposes new solutions that address the first two points. It is illustrated by the development of a micro compass.
The proposed approach starts from an optimisation of the sensitive part, the evaluation of its intrinsic performances and a complete model including parasitic effects. Then, the options for the design of the electronic interface are explained. A special focus is given on the use of Computer Aided Design tools. Proposed solutions allow the electronic to be self adapted or self calibrated to meet the sensor characteristics. Finally, the evaluation of test strategies based on electro thermal stimuli shows a good efficiency on considered defects. We show that these techniques allow low cost, integrated and online testing of the sensor.
The proposed approach starts from an optimisation of the sensitive part, the evaluation of its intrinsic performances and a complete model including parasitic effects. Then, the options for the design of the electronic interface are explained. A special focus is given on the use of Computer Aided Design tools. Proposed solutions allow the electronic to be self adapted or self calibrated to meet the sensor characteristics. Finally, the evaluation of test strategies based on electro thermal stimuli shows a good efficiency on considered defects. We show that these techniques allow low cost, integrated and online testing of the sensor.
Il existe un besoin important de développer des capteurs intégrés à faible coût qui ne nécessitent pas de grandes performances. Les technologies de fabrications de MEMS avec un procédé CMOS monolithiques offrent un coût réduit de production collective. Cependant plusieurs verrous subsistent dans le développement de ce type de capteurs. Ce sont : la conception d'une interface de capteur robuste aux fortes dispersions de la technologie, le test à faible coût des parties mécaniques et la mise en boîtier. Cette thèse propose des solutions nouvelles qui adressent les deux premiers points. Elle est illustrée par le développement d'une micro boussole.
L'approche proposée part de l'optimisation de l'élément sensible, de l'évaluation de ses performances intrinsèques et de sa modélisation complète qui inclue les effets parasites.
Ensuite, les choix au niveau de l'interface sont expliqués et l'utilisation d'un environnement CAO est détaillée. Les solutions proposées permettent à l'électronique de s'auto ajuster ou s'auto étalonner au capteur. Enfin, l'évaluation des stratégies de test basées sur l'utilisation de stimuli électrothermiques montre leur efficacité sur un ensemble de défauts considérés. Nous
montrons que ces méthodes permettent un test à faibles coûts du capteur, intégré et en ligne.
L'approche proposée part de l'optimisation de l'élément sensible, de l'évaluation de ses performances intrinsèques et de sa modélisation complète qui inclue les effets parasites.
Ensuite, les choix au niveau de l'interface sont expliqués et l'utilisation d'un environnement CAO est détaillée. Les solutions proposées permettent à l'électronique de s'auto ajuster ou s'auto étalonner au capteur. Enfin, l'évaluation des stratégies de test basées sur l'utilisation de stimuli électrothermiques montre leur efficacité sur un ensemble de défauts considérés. Nous
montrons que ces méthodes permettent un test à faibles coûts du capteur, intégré et en ligne.