Prestations

Originalité

Les prestations proposées se distinguent de ce que l'on trouve généralement dans un contexte exclusivement industriel : leur base scientifique, source d'idées novatrices, d'expertise rare et pointue, de moyens techniques et de méthodes de très hautes technologies...

Elles se distinguent également de ce que l'on trouve généralement dans un contexte exclusivement universitaire, par leur désignation : prestation. Les chercheurs ne sont pas des prestataires de services, leurs laboratoires ne sont pas des bureaux d'études ni des sociétés de services.

Typiquement, pour une prestation nécessitant 3 semaines d'un généraliste en physique appliquée, l'expert universitaire (ou chacun d'eux) n'est sollicité que 3 heures : une au début, pour orienter les travaux et en donner les bases, une à mi-parcours, pour vérification/recadrage, une à la fin, pour validation.

L'originalité PhyApp réside donc principalement dans ses prestations industrielles à compétences ajoutées recherche.

Diagramme

Une prestation unitaire peut se projeter sur trois axes : interventions, compétences, objets. Elle est représentée par l'un des petits cubes du diagramme ci-dessous.

compétences : RF/hyperfréquences, électronique analogique, CEM, électrostatique, magnétostatique, optoélectronique, microélectronique inc. cryogénique, transferts thermiques, vibrations
objets : immatériel, matériaux gazeux - liquides - mous - durs, composants et dispositifs sur tranche - encapsulés - connectorisés - sur carte - en boîter, équipements et systèmes, installations et sites industriels
Interventions : expertise, caractérisation, étude de faisabilité, accompagnement/transfert de compétences, métrologie/instrumentation

Une prestation particulière est composée d'une ou de plusieurs prestations unitaires.

Les descriptions qui suivent sont indicatives des particularités et des points forts sur ces trois axes.

Interventions

Expertise

Une expertise se caractérise par l'intervention d'un ou plusieurs experts, d'un ou plusieurs spécialistes de grande expérience.

Les experts PhyApp sont de deux types :

  • scientifiques : enseignants-chercheurs des laboratoires universitaires grenoblois
  • industriels : docteurs, ingénieurs
La richesse des interventions d'expertise PhyApp réside, en particulier, dans ce collège d'experts de métiers et de sensibilités complémentaires, dont PhyApp assure la fédération de compétences.

Une expertise est souvent demandée dans les cas suivants :
  • Expliquer, modéliser, des phénomènes nouveaux, inattendus...
  • Identifier les causes de dysfonctionnements, proposer des solutions correctives
  • Préqualifier des dispositifs en vue d'essais normatifs (typ. CEM : inspections physiques, schématiques, expérimentales et préconisations)

Caractérisation

Une caractérisation typique, au sens PhyApp, utilise des moyens de laboratoire scientifique et des méthodes qui y ont été développées. Une telle caractérisation revêt un aspect manuel, et est conduite comme une investigation et non comme une campagne de mesures automatique. Elle vient ainsi en complément de caractérisations de type industriel et est généralement accompagnée d'une intervention d'expertise.

Une caractérisation peut également être non-typique, avec des moyens et des méthodes spécifiquement mis au point et validés par des experts scientifiques.

Étude de faisabilité

Dans le cadre du développement de nouveaux produits, de l'amélioration de produits existants ou de l'extension de leurs conditions de fonctionnement (température, environnement électromagnétique, contraintes mécaniques...) l'étude de faisabilité permet d'établir des relations entre les différentes grandeurs physiques en jeu.

Plusieurs principes physiques peuvent être analysés, aboutissant sur un guide de choix.

Les moyens mis en œuvre sont souvent très pointus, par contre les résultats sont toujours fournis sous forme exploitable par des outils de bureautique classique.

Les contextes typiques sont :

  • Incorporation de fonctionnalité (radio, capteurs, transducteurs...) dépassant le cadre de son métier, mais suffisamment ponctuel pour ne pas justifier l'embauche de spécialistes ou l'achat de moyens spécifiques
  • Utilisation de composants ou sous-systèmes dans des conditions non spécifiées par leurs fabricants (température, environnement électromagnétique...)
  • Recherche de concept innovants, sans antécédents, en termes de produits existants ou de publications scientifiques
  • Recherche d'alternatives à des solutions déjà brevetées

Une étude de faisabilité peut également être associée à des interventions de transfert de compétence ou d'accompagnement, par la suite, lors de l'utilisation de ses résultats.
Bien qu'une étude de faisabilité ne se caractérise habituellement que par un engagement de moyens, l'engagement de PhyApp, sur l'accompagnement, est engagement sur les résultats de ses études de faisabilité.

Accompagnement / transfert de compétences

Il arrive que des équipes de R&D, d'industrialisation, de services transversaux... aient besoin de conseils, d'apport d'œil neuf, de bénéficier de l'expérience de seniors, de rappels théoriques et de leur mise en application pratique... en particulier en :

  • Développement d'activités nouvelles
  • Mise en œuvre de moyens nouveaux
  • Développement de produits nouveaux
  • Mise au point de méthodes
  • Conception orientée production ("DFM")
  • Divers, sur mesure...

Le riche panel d'experts scientifiques sollicitables par PhyApp, associé aux intervenants industriels de grande expérience, permet de répondre à un large spectre de problématiques : des prestations non stéréotypées, adaptées à chaque contexte, dont le contenu est défini de concert avec les bénéficiaires.

Instrumentation / métrologie

Ces interventions sont le plus souvent associées à d'autres, dès lors que des dispositifs ou systèmes d'instrumentation sont à concevoir/développer/adapter ou que des mesurages sont à pratiquer.

Elles sont indispensables pour la fiabilité de ces moyens d'instrumentation et pour celle des mesures rendues.

Ce savoir-faire peut également être mis à contribution, en tant que tel, lors de la reprise métrologique d'instruments, de testeurs ou de systèmes, trop spécifiques pour rentrer dans le cadre d'une prestation classique, et/ou dont l'organisme qui en assurait le suivi n'est plus en mesure de le faire (fournisseur disparu, composants obsolètes...) :

  • Reconstitution de la procédure de vérification
  • Reconstitution des étalons de travail
  • Remise à niveau
  • Raccordements métrologiques
  • Fourniture du constat de vérification et de ses annexes
  • Divers, sur mesure...

Ce type d'intervention est adapté à chaque contexte, les nouvelles spécifications (la prescription de l'instrument et sa procédure de vérification) sont définies de concert avec les bénéficiaires, de même que les livrables qui peuvent être des certificats d'étalonnage ("calibration certificates").

Nota : Dans le langage courant, il est souvent fait mention de calibrage : ce terme ne relevant pas de la métrologie, selon les NFX 07xxx, les opérations à mener sont alors convenues avec les bénéficiaires.

Compétences

L'inventaire qui suit n'est pas exhaustif. Il présente les principales compétences ayant participé à de précédentes prestations, ou immédiatement mobilisables. Pour chacune de ces compétences, une brève description en souligne les points forts et/ou originaux.

RF/hyperfréquences

Ce domaine est également appelé radiofréquences/micro-ondes.

Les compétences PhyApp en RF/hyper sont plus sollicitées sur les propriétés physiques des matériaux et le comportement des dispositifs passifs, actifs, de guidage, de rayonnement... que sur la conception de circuits électroniques. Leur originalité réside particulièrement dans :

  • des développements analytiques, à partir des équations de Maxwell,
  • la simulation mathématique plutôt que comportementale,
  • la mise en œuvre, la conduite et l'exploitation d'expérimentations avec des moyens de très hautes technologies.
  • l'établissement de lois, adaptées à chaque contexte, utilisables sans connaissances ni outils spécifiques,

Ces compétences viennent en parfaite complémentarité avec celles, de plus en plus courantes, en simulation macroscopique / comportementale :

  • expliquer "pourquoi ça marche" (marche pas), "comment ça marche" (—),
  • décrire les phénomènes sans les effets ni les limitations de maillage.

Électronique analogique

En raison de la généralisation de la numérisation et de son extension vers les extrémités des chaînes d'acquisition-génération, les traitements analogiques se font de plus en plus rares et les compétences nécessaires également. Il est des domaines où ces compétences sont incontournables :

  • Mise en forme de signaux issus de capteurs faibles niveaux / hautes fréquences / conditions climatiques et électromagnétiques sévères.
  • Génération de signaux de puissance.
  • Extraction des températures propres à chaque composant et prise en compte dans les calculs, ce que les simulateurs classiques ne savent pas  faire.

Il ne faut pas oublier que tous les circuits et dispositifs numériques relèvent, à la base, de l'électronique analogique (constituants, alimentations, découplages, placement/routage...), et qu'en raison de l'augmentation des vitesses et de la diminution des tensions d'alimentation, l'accompagnement de la conception et sa validation par des compétences analogiques est indispensable pour garantir les marges de fonctionnement et l'industriabilité.

Toutes les préconisations résultant de prestations PhyApp, à compétences en électronique analogique, tiennent compte de l'optimisation de la conception orientée production ("DFM") :

  • minimisation du nombre de procédés (refusion, vague...),
  • minimisation, voire annulation, des reprises manuelles,
  • rationalisation des nomenclatures,
  • testabilité,
  • taux de qualité ("yield").

Si un dispositif doit tomber en panne, c'est à l'usine (de préférence en conception), jamais chez le client final...

CEM

Les compétences CEM de PhyApp reposent sur celles en électromagnétisme et en électronique analogique décrites ci-dessus. La spécialisation CEM tient à l'expérience dans ce domaine et aux moyens, permettant tous les essais normatifs, disponibles sur la plate-forme Radiotest.

Ces compétences sont mises à contribution en amont, pour la préqualification des dispositifs, avant leurs essais en plate-forme accréditée, ou en aval, après échec lors de ces essais, pour comprendre et corriger.

PhyApp n'a pas vocation à assurer des prestations de certification CEM. Sa mission est d'accompagner les concepteurs pour une réussite immédiate lors des essais officiels.

Électrostatique

Il faut entendre, sous ce libellé, l'étude des phénomènes électriques en approximation quasi-statique : quand les phénomènes de propagation sont négligeables.

Les compétences PhyApp en la matière sont le plus souvent utilisées pour l'étude des propriétés électriques de matériaux linéaires ou non, isotropes ou non, avec effet mémoire ou non, avec des temps de relaxation très longs ou très courts...

Ces compétences, et les moyens expérimentaux dont elles disposent, interviennent également dans des domaines électrostatiques, au sens où on l'entend plus généralement : résistances d'isolement / courants de fuite, décharges partielles, déclin de potentiel de surface, champs disruptifs (essais de claquage)...

Tous ces essais peuvent être menés sous enceinte climatique dont le climatogramme couvre la gamme de 10%HR à 98% HR, 10°C à 95°C.

Magnétostatique

Ce domaine est l'un de ceux où l'acquisition des compétences repose le plus sur l'expérience et sur la diversité des contextes rencontrés. Dès lors qu'il y a présence de matériaux ferromagnétiques, paramagnétiques, diamagnétiques, l'obtention de formulations générales est impossible.

Chaque contexte nécessitant une modélisation propre, l'appel à des spécialistes expérimentés représente des gains de temps et de déterminisme considérables. Le savoir-faire particulier de PhyApp, que l'on retrouve dans les autres compétences et qui est particulièrement précieux dans le présent domaine, est d'établir des expressions analytiques propres à chaque contexte et utilisables sans connaissances ou outils spécifiques propres à cette discipline.

Ce dont le concepteur de dispositifs, où des interactions magnétiques participent à la fonctionnalité, a besoin, ce sont des schémas équivalents vus aux bornes des bobinages, des fonctions de transfert électro-mécaniques ou électro-électriques, les lois de dépendance de ces expressions caractéristiques en fonction des nombres de spires, de leurs positions, des types de matériaux, de leurs géométries, des tensions/courants de polarisation, de la fréquence, des paramètres environnementaux...

Optoélectronique

Le savoir-faire proposé, dans ce domaine, porte sur les deux racines du libellé : optique et électronique.

En électronique, les compétences PhyApp sont relatives à :

  • la génération des signaux de pilotage de diodes laser, qu'elles soient de type transmission de données ou de puissance, pulsée ou non,
  • le conditionnement des récepteurs et la mise en forme des signaux reçus,
  • le choix d'architectures propres à chaque contexte, y compris en cryogénie,
  • la circuiterie spécifique aux composants "délicats" comme les amplificateurs optiques.

En optique un des savoir-faire PhyApp réside dans les liaisons non fibrées, en particulier, l'utilisation de pointes optiques pour le test sur tranche de lasers à cavités verticales émettant par la surface (VCSEL).

PhyApp dispose également du support d'experts pour la conception de composants spécifiques, particulièrement en technologie VCSEL, ainsi que des moyens de prototypage.

Microélectronique

Cette spécialité tient à l'origine du service PhyApp : le concept XMEP, né dans le laboratoire IMEP (Institut de Microélectronique, Électromagnétisme et Photonique).

Les compétences proposées, dans ce domaine, concernent essentiellement la physique des composants microélectroniques, les méthodes de caractérisation et d'identification des causes de dysfonctionnement, de bruit, de non-fiabilité...

Ces compétences et les "manips typiques" qu'elles proposent sont décrites en http://www.phyapp.fr/?competences=microelectronique&fr

Microélectronique cryogénique

Cette discipline est une spécialisation de la précédente. Étant très particulière, avec des compétences et de moyens expérimentaux rares, elle justifie une classification dédiée. Au niveau applicatif, ces compétences sont particulièrement appréciées dans deux domaines :

  • l'utilisation de composants (MOS, bipolaires, HEMT, HBT...) en cryogénie, hors des spécifications de leurs fabricants, typiquement pour des applications bas niveaux / larges bandes / faible bruit,
  • l'utilisation de la cryogénie pour la caractérisation des matériaux et composants : l'identification et la modélisation des phénomènes masqués par le bruit, aux températures ambiantes usuelles.

Transferts thermiques

Ce libellé est volontairement réducteur, PhyApp n'ayant pas vocation, à ce jour, de couvrir tous les domaines de la thermodynamique appliquée. Les compétences proposées sont orientées produits électroniques : en optimiser la dissipation thermique rechercher et qualifier des solutions novatrices... Dans ce cadre, PhyApp bénéficie du support des experts en génie thermique du pôle scientifique grenoblois et de leurs moyens expérimentaux.

Vibrations

Les compétences proposées, à ce jour, en vibrations concernent principalement la qualification de capteurs et transducteurs électromécaniques ou piézo-électriques, qu'ils soient de type macroscopique ou MEMS. Les moyens expérimentaux disponibles peuvent également participer à des essais de dispositifs susceptibles de dysfonctionnement sous vibrations, comme les contacts électriques ou les micromécanismes. L'association de moyens RF/hyperfréquence permet la détection de micro/nano-coupures de contacts, par exemple.

Objets

La liste qui suit a principalement pour but de montrer la grande diversité des objets des prestations PhyApp. Elle n'est bien-sûr pas exhaustive.

Immatériel

Une prestation peut se limiter à l'étude d'un concept :

  • étude théorique,
  • recherche bibliographique,
  • recherche d'antécédents.

Matériaux gazeux

  • propriétés électromagnétiques,
  • impact de leur présence sur le fonctionnement de dispositifs
  • ...

Matériaux liquides

  • propriétés électromagnétiques,
  • propriétés thermiques (fluides caloporteurs),
  • ...

Matériaux mous

En comparaison de la caractérisation des matériaux fluides ou solides durs, celle des matériaux mous est plus difficile à mettre en œuvre, quant à la constitution des véhicules de test, si l'on ne veut pas leur faire subir de contraintes mécaniques; le pire cas étant sans doute celui du PTFE (Téflon®).

Matériaux durs

  • semiconducteurs gravés ou non, métallisés ou non,
  • métaux, non-métaux,
  • polymères, résines... sur supports durs,
  • bois (inc. leurs applications en hyperfréquences),
  • ...

Composants sur tranche

Autres dénominations, pour tranche : plaquette, "wafer".

Une des particularités du laboratoire IMEP-LAHC est de disposer d'un large panel de moyens pour la caractérisation de ce type d'objets :

  • pointes classiques ("DC")
  • pointes hyperfréquences ↑ 110GHz
  • pointes optiques
  • tranche ↑ 300mm (12')
  • cryogénie ↓ 10K
  • hautes températures ↑ 900K
  • microscopie à émission de photons ("PEM")

Composants encapsulés

Ces composants peuvent être soit des boîtiers tel que fournis pas la distribution (SOT, PLCC, BGA...), soit des puces que le laboratoire IMEP-LAHC se charge de reporter sur substrats alumine ("bonding"), brochés DIL.

Contrairement aux composants sur tranches, ces composants peuvent être testés à 2K.

Dispositifs sur carte

Plusieurs types d'investigations peuvent être pratiqués sur ces assemblages de composants :

  • schématique,
  • placement / routage (fichiers gerber),
  • mesurages fonctionnels,
  • mesurages de paramètres physiques,
  • qualification des sources de dysfonctionnement : diaphonie, fuites, bruit, marges, surchauffe...
  • préqualification CEM
  • ...

Dispositifs connectorisés

La connectique a une importance particulière dans les contextes hautes fréquences. Les moyens techniques dont PhyApp dispose permettent les mesurages avec tous les types de connectiques communément utilisés : 1mm, 2,9mm, 3,5mm, SMA, N, BNC...

La connectorisation, au sens large, inclut également celle des antennes, où le "connecteur" s'étend à toutes les parties métalliques ou diélectriques environnantes, impactant sur les caractéristiques de l'antenne (diagramme de rayonnement, gain, facteur d'antenne...).

Concernant les antennes, PhyApp dispose de moyens expérimentaux et de méthodes pour idéaliser leurs conditions de tests.

Corrélativement, le savoir-faire développé en matière d'antenne, de matériaux, permet, à partir des caractéristiques idéalisées, de prédire les caractéristiques dans des environnements spécifiques.

Dispositifs en boîtier

Un boîtier, au sens de coffret, armoire, "rack"... impacte sur les comportements électromagnétiques et thermiques des dispositifs qu'il contient; c'est l'un des terrains d'actions des interventions PhyApp de toutes sortes, à compétences électromagnétiques et thermiques.

Les études en vibrations de ces boîtiers réservent parfois des surprises...

Équipements - systèmes

Lorsque différents dispositifs interagissent (instrumentation bas niveaux / hautes vitesses, calculateurs, réseaux câblé / radio...) des phénomènes imprédictibles et non modélisables se manifestent souvent. Les causes sont multiples et dépassent souvent le cadre des incompatibilités matérielles : les incompatibilités d'ordre logiciel / matériel et d'ordre logiciel technique / logiciel de gestion.

La résolution déterministe (il ne faut surtout pas "tomber en marche") est du ressort de compétences expérimentées, d'experts seniors, en systèmes d'instrumentation, typiquement celles que PhyApp est en mesure de proposer.

Installations - sites industriels

A cette échelle, supérieure à la précédente, les interactions des êtres humains avec les machines sont à prendre en compte. Les préconisations doivent respecter les usages, les changements doivent être compris et acceptés, les retours financiers doivent être motivants...

Bien que les intervenants PhyApp soient avant tout hypertechniques, appuyés par des hyperscientifiques, leur expérience, en matière de contextes industriels, permet d'offrir, en sus, "le bon sens"...