Conception et intégration d'un micro-initiateur sécurisé sur silicium à base de micro-interrupteurs pyrotechniques

Pierre Pennarun (1)

1 LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes

The works of this PhD thesis concerns the conception and the fabrication of a safe micro-igniter on silicon. The system can achieve ignition function and several safety functions: arming, disarming, sterilization. Initially, in safe and unarmed mode, the igniter's pads are connected to the ground. The igniter consists of a resistive element on a dielectric membrane that converts electrical energy into heat to initiate the pyrotechnic material with 150mW. The safety functions are achieved by two types of one-shot pyrotechnical micro-switches, we have developped: - The ON-OFF microswitch concept consists of breaking an electrical connection thanks to a pyrotechnical micro-actuator. 150mW is requiered to realize commutation and a minimum commutation time of 25ms is achieved with 500mW. - The OFF-ON microswitch concept consists in locally making a micro-soldering between two insulated electrical connections. Commutation is achieved with a minimum power of 200mW and minimum commutation time is of 320ms with 400mW. These switches are bistable, have excellent isolation in the OFF-state an a good conductivity in the ON-state. Being one-shot, they suit safety applications. One demonstrator of the system, called Pyrosecure, has been fabricated. Fabrication is done using classical microtechnology techniques and needs only 4 masks levels. Therefore, the system is cheap, easily fabricated and IC compatible.

Les travaux de thèse, ont porté sur la conception et la réalisation d'un micro-initiateur sécurisé sur silicium. Le système intègre outre la fonction initiation, plusieurs fonctions sécuritaires répondant aux besoins militaires : armement, désarmement et stérilisation. Le système est initialement sécurisé par la mise en cours circuit des deux contacts de l'initiateur. L'initiateur consiste en un élément chauffant sur membrane diélectrique permettant d'initier des charges pyrotechniques avec 150mW. Les différentes fonctions sécuritaires sont assurées par des interrupteurs monocoups pyrotechniques que nous avons développés : - L'interrupteur ON-OFF consiste à sectionner une piste qui traverse un micro-actionneur pyrotechnique. Il nécessite une puissance minimale de 150mW pour réaliser la commutation et des temps de commutation de 25ms ont été obtenus pour 500mW. - L'interrupteur OFF-ON consiste à réaliser une micro-brasure commandable entre deux pistes à connecter. Il nécessite une puissance minimale de 200mW pour commuter et le temps minimum de commutation obtenu est 320ms avec 400mW. Ces interrupteurs sont bistables, présentent l'avantage d'avoir une très bonne isolation électrique dans l'état OFF et une très bonne conduction dans l'état ON. Leur caractère monocoup les rend particulièrement adaptés aux applications sécuritaires. Un démonstrateur du système appelé Pyrosecure a été réalisé. La fabrication utilise des techniques classiques de microtechnologies et nécessite seulement 4 masques, ce qui en fait un système peu coûteux, facilement réalisable et compatible avec les circuits microélectroniques.

Mots clés: Micropyrotechny; Safety; Pyrotechnical microswitches; MEMS; Silicon

Mots clés: Micropyrotechnie; Sécurité; Micro-interrupteurs pyrotechniques; Intégration; Microfabrication; Microsystèmes; Silicium

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Pierre Pennarun. Conception et intégration d'un micro-initiateur sécurisé sur silicium à base de micro-interrupteurs pyrotechniques. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. INSA de Toulouse, 2006. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00126318⟩