Mettre des piles sur une puce pourrait activer des capteurs portables

Mettre des piles sur une puce pourrait activer des capteurs portables

Microbatterie fabriquée au dos d’une puce Si par impression au pochoir d’oxyde de lithium cobalt (LCO) dans une cavité en Si suivi d’un assemblage et d’un collage avec un substrat de verre avec une couche de graphite imprimé. Crédit : Université de Californie – Berkeley

Fitbits, vitres de voiture, raffineries de pétrole : l’appel nominal des appareils et des technologies qui reposent sur des capteurs ultra-petits se chiffre déjà par centaines de milliards.

Des capteurs mesurent les conditions changeantes et rapportent les données par voie électronique, par exemple pour chauffer une chambre ou refroidir un réacteur nucléaire. Les capteurs à microcircuits sont omniprésents dans les réseaux d’aujourd’hui. Certaines estimations prévoient que dix mille milliards de capteurs seront utilisés d’ici 2030.

Les capteurs ultra-petits sont alimentés par leurs homologues : des batteries ultra-petites. À mesure que le rythme de la miniaturisation et de ses applications s’accélère, le besoin de batteries de capteurs de plus en plus petites pouvant durer toute une vie s’accélère.

Kristofer Pister, professeur de génie électrique et d’informatique, mène des recherches pour intégrer des microbatteries directement dans les circuits des capteurs, fournissant une source d’alimentation intégrée au lieu d’une source externe. La technologie pourrait réduire les circuits imprimés pour faire du capteur, du microprocesseur et de la batterie une seule unité capable de communiquer avec Internet.

Le programme Bakar Fellows soutient son travail en cours pour fabriquer et imprimer des microbatteries dans le circuit du capteur lui-même. Une grande partie du travail est également effectuée par son post-doctorant, le Dr Anju Toor, qui a développé un processus de conception et de fabrication de batteries pour imprimer des batteries haute capacité. Pister décrit la technologie et son potentiel.

Q : Outre la taille, existe-t-il d’autres caractéristiques qui rendent ce concept de capteur à l’intérieur de la batterie attrayant pour l’industrie ?

R : L’exigence numéro un pour les batteries est la connectivité. Vous devez ramener les données là où elles doivent aller. Et vous devez le faire de manière fiable. Les microbatteries que nous développons contiennent beaucoup de puissance dans un boîtier plus petit. Elles sont également plus légères que les batteries actuelles et moins chères à produire. Leur fabrication utilise la même technologie de fabrication et d’impression de circuits déjà utilisée pour fabriquer des milliards de puces.

Q. Comment sont-ils fabriqués ?

R : Les circuits sont imprimés au pochoir dans des cavités sur la plaquette de silicium. Vous pouvez l’imaginer comme une gravure de micro-tranchées dans la plaquette. C’est le même principe que la confection de t-shirts sérigraphiés. Vous avez un motif avec des trous dans certaines zones et pas dans d’autres. Nous déposons des boues d’électrodes dans les cavités à motifs.

Q : Quelle est la taille des piles ?

R : Les piles auront environ l’épaisseur de trois feuilles de papier.

Q : Il semble que vous créez quelque chose à l’intérieur de la boîte en pensant à l’extérieur de la boîte. Pourquoi pensez-vous que votre idée de fabriquer des batteries directement dans les circuits des capteurs n’avait pas été conçue auparavant ?

R. Beaucoup de gens ont fabriqué des batteries ultra-petites parce qu’ils ont vu venir ce besoin. Je ne sais vraiment pas pourquoi l’idée d’intégrer les batteries n’a pas été envisagée auparavant. Cela me parait évident depuis une dizaine d’années.

J’ai fondé une entreprise appelée Dust Networks en 2002. Nous produisions des puces de réseau sans fil à très faible consommation d’énergie – nous les appelons poussière intelligente – qui pourraient fonctionner pendant une décennie avec la puissance d’une pile AA. Ils sont désormais déployés dans le monde entier, des raffineries de pétrole aux parcmètres.

Comme pour tous les microcapteurs du marché, j’avais la batterie en tant que composant séparé, et tout était assemblé. Mais il est devenu clair que pour miniaturiser davantage les capteurs, la bonne chose à faire est d’imprimer les piles sur la plaquette.

Q. Quel rôle votre récompense Spark joue-t-elle dans ce développement ?

R : Le soutien du programme Bakar Fellows consiste à amener la technologie au point où elle peut être commercialisée. Dans nos collaborations avec l’industrie jusqu’à présent, nous avons utilisé des micro-batteries standard pour alimenter les capteurs. Les sources d’alimentation intégrées seraient très utiles pour prendre en charge les applications des plus grandes raffineries de pétrole aux dispositifs médicaux dans les cliniques et à domicile, et pour la surveillance de la santé personnelle.

Ils fonctionneraient très bien pour les appareils portables, où le confort et l’apparence sont importants. À titre d’exemple, ils sont naturels pour des applications telles que les bandages intelligents pour surveiller la cicatrisation des plaies en évaluant le processus de cicatrisation de l’environnement de la plaie. Nous pensons que cette conception de piles dans une puce fera partie des appareils de toute la gamme des espaces commerciaux.


Jusqu’à 78 millions de piles seront jetées quotidiennement d’ici 2025


Fourni par l’Université de Californie – Berkeley

Citation: Mettre des batteries sur une puce pourrait activer des capteurs portables (2021, 1er septembre) récupéré le 1er septembre 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-09-batteries-chip-enable-wearable-sensors.html

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