Fabrication accélérée de capteurs portables extensibles à UC Berkeley

Collège d'ingénierie de UC Berkeley, CA

Un réseau de supercondensateurs fabriqué en utilisant une nouvelle technique de fabrication plus rapide et moins chère que la photolithographie. (Image : Peisheng He/UC Berkeley)

Une alternative à la photolithographie

Des ingénieurs de UC Berkeley ont développé une nouvelle technique pour fabriquer des capteurs portables qui permet aux chercheurs médicaux de prototyper et tester de nouveaux designs beaucoup plus rapidement et à un coût bien inférieur aux méthodes existantes.

La nouvelle technique remplace la photolithographie — un processus en plusieurs étapes utilisé pour fabriquer des puces informatiques en salles blanches — par un coupe-vinyle à 200 $. Cette nouvelle approche réduit le temps de fabrication de petits lots de capteurs de près de 90 % tout en réduisant les coûts d'environ 75 %, a déclaré Renxiao Xu, qui a développé la technique tout en poursuivant son doctorat en génie mécanique à Berkeley.

Structure îlot-pont pour la flexibilité

Les capteurs portables sont souvent utilisés par les chercheurs pour recueillir des données médicales auprès de patients sur de longues périodes. Ils vont des bandages adhésifs sur la peau aux implants extensibles sur les organes, et exploitent des capteurs sophistiqués pour surveiller la santé ou diagnostiquer des maladies.

Un « smart mesh » (maillage intelligent) extensible fabriqué à partir du processus de fabrication par découpe à deux modes. Ce dispositif pourrait être appliqué dans l'extraction et la détection de sueur montées sur la peau. (Image : Peisheng He/UC Berkeley)

Ces dispositifs se composent de fils plats, appelés interconnects, ainsi que de capteurs, sources d'énergie et antennes pour communiquer les données aux applications smartphone ou autres récepteurs. Pour maintenir une fonctionnalité complète, ils doivent s'étirer, fléchir et se tordre avec la peau et les organes sur lesquels ils sont montés — sans générer de contraintes qui compromettraient leurs circuits.

Pour atteindre une flexibilité à faible contrainte, les ingénieurs utilisent une structure « îlot-pont ». Les îlots abritent les composants électroniques rigides et les composants de capteur, tels que des résistances commerciales, condensateurs et composants synthétisés en laboratoire comme les nanotubes de carbone. Les ponts relient les îlots entre eux. Leurs formes en spirale et en zigzag s'étirent comme des ressorts pour accommoder de grandes déformations.

Avantages de la nouvelle technique

Autrefois, les chercheurs ont construit ces systèmes îlot-pont en utilisant la photolithographie, un processus en plusieurs étapes qui utilise la lumière pour créer des motifs sur des wafers semi-conducteurs. Fabriquer des capteurs portables de cette façon nécessite une salle blanche et un équipement sophistiqué.

La nouvelle technique est plus simple, plus rapide et plus économique, surtout pour fabriquer les une ou deux douzaines d'échantillons que les chercheurs médicaux ont généralement besoin pour les tests.

Une description de la technique a été publiée dans ACS Nano. Xu, qui travaille maintenant chez Apple, et Liwei Lin, professeur de génie mécanique et co-directeur du Centre des capteurs et actionneurs de Berkeley, étaient les chercheurs principaux.

Pour plus d'informations, contactez Sarah Yang à cette adresse email protégée ; 510-643-6803.