There are sumarized some of the basic organic materials for produce of organic parts. Two types of theese materials are introduced PPV and PFV and their derivatives, which tuning their resulting properties in area of electrical, optical, chemical, and thermal parameters. There is designed and created system for mechanical bending of adhesive SMD devies on flexible printed circuit board and compared properties of some conducting adhesives.

La thèse s’inscrit dans le cadre du projet de recherche collaborative VEADISTA (Veille à distance et alerte intelligente) qui repose sur la conception d’une technologie ergonomique à bas coût. L’objectif de cette thèse est de concevoir et de réaliser des capteurs de température et de pression imprimés sur support flexible pour des applications biomédicales. Ils doivent être adaptés à une intégration sur un transpondeur passif télé-alimenté, conformables pour s’adapter au bras du patient, bas coût et permettant un transfert technologique vers l’industrie.Des prototypes de tests ont été réalisés dans le but d’identifier la topologie et la couche active les plus prometteuses pour la réalisation des capteurs de température en tout imprimé sur support souple. A l’issue de cette étude préliminaire, une thermorésistance à base d’encre d’argent a été réalisée par jet d’encre sur un substrat flexible. La caractérisation de ces capteurs a permis d’évaluer leur sensibilité et d’attester de leur bonne linéarité.Des tests préliminaires sur des capteurs commerciaux ont ensuite été effectués pour démontrer qu’il était possible de détecter le rythme cardiaque avec un capteur de pression. A la suite de cette étude, des capteurs de pression sur support souple ont été fabriqués en utilisant la technologie jet d’encre. Ces capteurs ont été caractérisés électriquement sous contrainte mécanique contrôlée. Pour aboutir à ces résultats, de nombreux développements technologiques ont été réalisés autour de la technique d’impression par jet d’encre. La maîtrise du triptyque encre-tête d’impression-substrat est en effet indispensable pour l’obtention de motifs de qualité. / This thesis is a part of the collaborative research project VEADISTA (Remote monitoring of vital parameters and smart alerts) based on the conception of an ergonomic technology at low-cost.The objective of this thesis is to design and to realize printed temperature and pressure sensors on flexible support for biomedical applications. Subsequent to this, these sensors must be suitable to an integration on a passive transponder remotely powered, conformable to fit the patient's arm, low cost and allowing a technological transfer towards industry.Prototype tests were realized in order to identify the most promising topology and active layer to achieve printed temperature sensors on flexible support. At the end of this preliminary study, a RTD based on a silver ink was performed by inkjet on a flexible substrate (Kapton). The characterization of these sensors allowed to assess their sensitivity and to attest to their good linearity.The preliminary tests on commercial sensors were then made to demonstrate that it was possible to detect the heart rate with a pressure sensor. Following this study, pressure sensors were manufactured on flexible support using inkjet technology. These sensors were electrically characterized under controlled mechanical constraint. To achieve these results, many technological developments were realized around the inkjet printing technique. The mastery of the ink – inkjet head – substrate interaction is indeed essential for obtaining good printed quality and functional sensors.

In this study the relationship between the dynamic response of the flexible substrate and the power generation for energy harvesting system is proposed. High electro-mechanical transformation of piezoelectric materials, high efficient energy transfer of mechanical structure and controlled circuit make the piezoelectric generator a high performance. The devices of cantilevers with lump structures on the flexible substrate and piezoelectric film (ZnO) are designed. Then some individual layers of power generator are stocked in parallel to form a multi-layer system with a broad resonant band width. When the generator is operated in a wide frequency range vibration environment, the multi-layer piezoelectric films in the form of cantilever structures can induce current. First the finite element method for the piezoelectric cantilever beam is constructed by using ANSYS software. Both modal analysis and harmonic response analysis are performed to obtain the structural modal parameters and frequency response functions, respectively. Besides, the beam structure is modeled by 3D coupled field piezoelectric element. This research will apply Taguchi¡¦s method to design including variations of dimensions and material properties for energy harvesting system. The flexible substrate is polymeric film (PET). Imprinting process is applied to transfer the simulated geometric configuration onto a flexible substrate to obtain a maximum power output. The results show the single devices can improve efficiently by using lump structures on the flexible substrate, the generator could achieve maximum OCV of 2.25V which is 0.276£gW every centimeter squared when attached to a stable source of vibration. The multi-layer system can be used in 50~500Hz of low frequency environment. Furthermore, the output voltage (OCV) is upward when the flexible substrate with low Young¡¦s modulus.

Cette thèse s'inscrit dans le projet FUI-2011 BELOCOPA (Bouée Éjectable pour la LOcalisation et la COllecte des Paramètres de vol d'un Aéronef abîmé en mer). Il s'agissait de concevoir et de développer un équipement embarqué, extractible et autonome pour localiser rapidement et avec précision un aéronef abîmé en mer et récupérer par liaisons radio les principales données de vol à partir d'un patrouilleur maritime. Le but de cette thèse, au sein de l'Institut Fresnel, concernait l'étude et la réalisation de l'antenne principale de la balise. Cette antenne devait être très flexible et de petites dimensions pour être pliée et insérée dans un espace réduit de la balise et résistante lors son déploiement après son éjection de l'avion. La première partie du travail a eu pour objectif de caractériser en terme de permittivité les différents matériaux diélectriques entrant dans la constitution de la balise, à savoir les substrats sur lesquels sont fixées les antennes et le radôme. La deuxième partie de la thèse porte sur la conception d'antennes multi-bandes fonctionnant en modes dipolaires sur le plan de fréquences du cahier des charges du projet. Ces antennes ont la particularité d'être extrêmement souples. Cette souplesse a été obtenue en réalisant des motifs métalliques rayonnants sur une toile polyamide. Plusieurs motifs ont été étudiés et testés pour converger vers une antenne méandre fonctionnant à trois fréquences distinctes. A l'issue de cette étude, un prototype de l'antenne finale positionnée dans son radôme constitue le dernier maillon du prototype de la balise de détresse du projet BELOCOPA. / This thesis is part of the BELOCOPA project FUI-2011 (BELOCOPA means Ejected Buoy to LOcalize and COllect the data of a crashed plane in sea). It was about designing and developing an on-board, removable and autonomous, equipment to localize quickly and precisely an aircraft crashed in the sea, and to collect by telecommunication the main flight data from a patrol boat. The aim of this thesis, in the Fresnel Institute, was the study and the realization of the main antenna of the beacon. This antenna had to be very flexible with small dimensions to be folded and integrated in a reduced space of the beacon, and had to be strong during its deployment after the ejection of the plane. The aim of the first part of the work was to characterize in term of permittivity the different dielectric materials included in the composition of the beacon, namely the substrates of the antennas and the radome. The second part of the thesis was on the design of multi-band antennas working in dipolar modes on the frequency plan of the specification of the project. The characteristic of these antennas is to be very flexible. This flexibility was obtained realizing metal radiating pattern on a polyamide material. Several patterns have been studied and tested to get the final antenna with meander working at three different resonance frequencies. Following this study, a prototype of the final antenna integrated in the radome is the last link of the prototype of the distress beacon BELOCOPA.

The objective of the proposed research is to develop solutions for High-Performance Low-Cost Passives for Radar, Identification, and Communication Applications up to mm-Wave Frequencies. This research will bring to the table potential solutions that will meet three main requirements: small size (or low weight), high performance, and low cost. This research embarks on antenna design and development for passive RFID tags on LCP substrates, and then a transition towards lower cost modules investigates and explores the possibilities of using paper as RF substrates with inkjet printing as a low cost fabrication technology. Modules such as dual band antenna for Wifi frequencies (2.4 GHz and 5 GHz) and UWB (up to 10GHz) on paper substrate using inkjet printing are presented. This work then bridges into developing higher frequency modules. These include: highly selective filter design on LCP for X-band Radar application to be used as a benchmark for an easy adjustment for higher frequencies, and antenna modules LCP using inkjet printing for communication such as mm-Wave WLAN or WPAN. A transition into mm-Wave Modules then takes place for the general realization of low-cost high-performance mm-Wave modules and more specifically the low cost automotive radar. After proposing an architecture for integrated mm-Wave module, this work then investigates 2D/3D interconnections (and their integration with antennas) on LCP using conventional etching design guidelines up to 100GHz. Antenna arrays that are implemented with phase shifters for beam steering are then designed using edge fed and multilayer technology. Furthermore, crosstalk reductions for highly dense transmission lines are analyzed via simulations for the optimum performance and space saving of such mm-Wave modules such as the IC interface where space restrictions are strictly enforced.

Les communications sans fil sont de plus en plus présentes dans notre quotidien, et avec elles, les ondes électromagnétiques qui leurs sont associées. Cela a créé un besoin de produits permettant de contrôler la portée du réseau, pour des raisons de sécurité de données, d'augmentation de débit en cas d'interférences avec d'autres réseaux, ou bien pour des raisons sanitaires. A l'inverse, dans d'autres cas, l'amélioration de la transmission de ces ondes est recherchée. Par exemple, dans les bâtiments de nouvelle construction ou rénovées, l'installation de vitrages à isolation renforcée permet d'avoir des bâtiments plus performantes au niveau thermique. Malheureusement, ces vitrages bloquent également les radiofréquences, dont notamment les signaux de téléphonie mobile. L'objectif de la thèse est la conception et le développement de structures filtrantes imprimées sur substrat souple. Dans un premier temps, des solutions de filtrage sélectif coupe bande sont proposées afin d'empêcher autant que possible la transmission d'ondes électromagnétiques, par exemple celles du WiFi entre les pièces d'un bâtiment. Dans un deuxième temps, une solution permettant d'améliorer la transmission des ondes électromagnétiques au travers des vitrages thermiques est proposée. Outre ces études, un système de caractérisation permettant de caractériser finement ces structures FSS a été développé lors de ces travaux de thèse. / Nowadays wireless communication systems are more and more present in our lives, and with them, electromagnetic waves associated to them. A need of products capable to control the range of the network has appeared, for data security reasons, for data rate increase in case of network interferences or for health reasons. On the opposite, in other cases, improving the transmission of these waves is desired. For instance, in new construction or renovated buildings, energy saving windows allows having more efficient buildings thermal speaking. Unfortunately, those windows also block radiofrequencies, including mobile phone signals. The aim of this thesis is the design and development of filtering structures printed on flexible substrate. First, stop band selective filtering solutions are proposed in order to block as much as possible transmission waves, for instance, WiFi in between different rooms of the same building. Secondly, a solution to improve electromagnetic wave transmission through energy saving windows is proposed. In addition to these studies, a characterization system for testing these FSS structures has been developed during this thesis work.

Les matériaux polymères sont à l'heure actuelle peu considérés dans le vaste domaine des micro et nano technologies. Ils présentent toutefois certaines propriétés remarquables en comparaison des matériaux traditionnels de la microélectronique. Par exemple leur déformabilité et leur légèreté permettent d'envisager des fonctions de supports flexibles pour des composants électroniques. Par ailleurs, ils offrent des solutions d'assemblage de matériaux de diverses natures. Cette étude porte précisément sur ces deux thématiques. En premier lieu, nous avons étudié les mécanismes de collage impliqués dans l'assemblage de substrats de type silicium par une couche de polymère. D'autre part, nous avons proposé des modèles de mécanisme de transfert de films monocristallins sur polymère. Les propriétés mécaniques des matériaux considérés, principalement du silicium monocristallin et des polymères de type vitreux et caoutchoutique, ainsi que leurs épaisseurs, peuvent varier sur plusieurs ordres de grandeur selon la configuration considérée. L'originalité de l'étude est de déterminer et d'aborder des configurations expérimentalement favorables, par des modèles mécaniques simples, élaborés à partir de lois d'échelle. Nous avons proposé, dans un premier temps, ces modèles pour expliquer des résultats liés à des configurations particulières et ainsi démontrer la pertinence de cette approche. Le cœur de notre étude porte sur le transfert de films monocristallins, aussi fins qu'une centaine de nanomètres d'épaisseur, sur polymère par adaptation du procédé Smart-CutTM (transfert par implantation ionique et fracture). En comparaison d'une configuration standard de cette technologie, nous avons notamment étudié l'impact des propriétés mécaniques propres aux polymères (de types vitreux ou caoutchoutique). Les méthodes en loi d'échelle nous ont ainsi permis de proposer des mécanismes de transfert, de l'échelle du nanomètre jusqu'à la fracture macroscopique. Nous avons également exposé un exemple d'application concret par la réalisation d'objets microélectroniques modèles sur et dans un film monocristallin de silicium. La structure, composée d'un film de quelques micromètres d'épaisseur supporté par un polymère, constitue ainsi une structure flexible d'un point de vue mécanique. / Polymers are little considered at the moment, in the wide domain of micro- and nano- technologies. They present however certain remarkable properties by comparison with the materials used in microelectronics. For example their flexibility and their lightness allow thinking to polymers as flexible supports for microelectronic components. Besides, they offer solutions for assembling various materials.This study concerns exactly these two items. First of all, we studied bonding mechanisms implied in the assembly of silicon wafers via polymer layers. Then we proposed models for mechanism of single-crystalline layer transfers onto polymers. The mechanical properties of the considered materials (mainly single-crystalline silicon and glassy or rubber polymers) as well as their thicknesses can vary on several orders of magnitude according to the application.The originality of the study is to determine favorable experimental configurations, by simple mechanical models developed from scale laws, and to realize demonstrators. The heart of our study concerns the transfer of single-crystalline layers as thin as about hundred nanometers onto polymers by tuning of the Smart-CutTM technology (based on ion implantation and splitting for transfer). By comparison with a standard configuration of this technology, we studied the impact of the specific mechanical properties of polymers (glassy or rubber types). The methods in scale laws allowed us proposing transfer mechanisms, from the nanometer scale up to the macroscopic one. Finally we reported on a realization of micro-technology devices, made in and on single-crystalline thin silicon membranes. The stacked structures, consisting in silicon membranes thick of a few micrometers supported by polymer films, may be considered as very flexible structures.

L’objectif de ces travaux est d’étudier et de développer des cellules solaires à base de couches minces de CIGS élaborées sur un substrat innovant : le verre ultra-fin. Ce matériau possède des propriétés avantageuses, liées notamment à sa résistance aux températures élevées, à sa légèreté, à son aptitude à bloquer l’humidité, à sa transparence et à une certaine flexibilité mécanique. Nous avons ici cherché à exploiter ces propriétés pour la fabrication de cellules CIGS légères et conformables. D’abord, nous montrons la faisabilité de cellules CIGS sur des substrats en verre ultra-fin de 100 mm d’épaisseur. Nous obtenons un rendement de 12,1 % en utilisant une électrode arrière en bicouche composée d’une couche de Mo pure et d’une couche contenant du sodium, ce qui constitue le record actuel pour la technologie CIGS sur verre ultra-fin. Nous montrons ensuite que les performances des cellules peuvent se détériorer sous l’effet de flexions mécaniques répétées avec un rayon de courbure de 5 cm, en partie en raison de la formation de fissures dans les cellules. Nous présentons ensuite une étude sur les propriétés mécaniques du Mo et du CIGS, réalisée à partir d’essais de nanoindentation. La dureté et le module de Young de ces deux couches sont reportés ainsi que, pour la première fois, la ténacité et les contraintes résiduelles du CIGS. Ces résultats sont ensuite utilisés pour calculer les contraintes générées dans le CIGS lors de la flexion des cellules. Enfin, nous proposons une structure bi-verre optimisée pour limiter les contraintes dans le CIGS en flexion. / The goal of this work is to study and to develop CIGS thin-film solar cells on an innovative substrate: the ultra-thin glass. This material has advantageous properties, mainly attributed to its high temperature resistance, its lightweight, its barrier property against moisture, its transparency and its mechanical flexibility. Here we tried to use these properties for the fabrication of lightweight and conformable CIGS solar cells. First, we demonstrate the feasibility of CIGS solar cells on 100 mm-thick ultra-thin glass substrates. We reached 12.1 % efficiency by using a bilayer back contact consisting of a pure Mo layer and a sodium doped Mo layer, which is up to now the record efficiency for CIGS solar cells on ultra-thin glass substrate. Then we show that solar cell performances can deteriorate under cyclic bending fatigue conditions with a radius of curvature of 5 cm. This is partially explained by the formation of cracks in the cells. Then, we report on the mechanical properties of the Mo and the CIGS layers measured by nanoindentation. The hardness and the Young’s modulus of each layer is given and, for the first time, the toughness and the residual stresses of the CIGS. These results are then used to calculate the CIGS internal stresses when the cells are bent. Finaly, we propose a glass-glass structure optimized to lower the CIGS internal stresses under bending.

Cette thèse fait partie des efforts de recherche pour étudier l’intégration hétérogène sur le substrat souple des nœuds de communicants pour les réseaux de capteurs sans fil dans la bande à 60GHz. Le System in Package (SiP) devrait avoir une consommation d'énergie très faible et être faible coût pour répondre aux exigences des applications telles que la Surveillance de Santé de Structure (Structure Health Monitoring - SHM en anglais) dans le domaine aéronautique par exemple. Chaque nœud est composé des nano-capteurs, des transceivers et des antennes d’émission et de réception. Les nanotechnologies ont permis le développement de nano-capteurs ultra-sensibles à base de nanoparticules. Les transceivers deviennent de plus en plus miniaturisés et donc permettre la possibilité de les reporter sur le substrat flexible. Les antennes peuvent être intégrés sur le substrat flexible avec les nano-capteurs développés et émetteurs miniaturisés, ce qui est l'approche très innovante. Dans cette thèse, nous présenterons les procédés technologiques adaptés pour réaliser les différents circuits passifs (résonateurs, antennes, rectennas, etc…) sur le substrat souple en utilisant la photolithographie conventionnelle. La technique de la puce retournée a été choisie pour l’intégration des transceivers à 60 GHz, la formation des bosses d’interconnexion en or directement sur le substrat souple par les dépôts électrolytiques est présentée ici pour la première fois. La concordance entre les mesures expérimentales et les simulations numériques démontre la fiabilité et la reproductibilité des procédés choisis. De plus, pour une application à volume élevé comme les réseaux de capteurs sans fil, le coût de fabrication par nœud peut être considérablement réduit, et devient comparable avec l’impression jet d'encre qui est un procédé à faible coût. / This thesis is part of research effort to develop a 3D heterogeneous integration of wireless sensor node on flexible substrate for the unlicensed 60GHz band. The System in Package (SiP) should have a very low power consumption and very low cost to meet the requirements of applications like Wireless Sensor Networks (WSNs) for Structure Health Monitoring (SHM). Using a flexible substrate for wireless sensor node integration can offer the advantage of being localized in areas with access difficulty especially in non-planar area. Each node is composed of nano-sensors, transceivers and TX/RX antenna. Nanotechnologies made it possible the development of ultra-sensitive nano-sensors based on nanoparticles deposition. Transceivers become more and more miniaturized and hence enable the possibility of postpone them onto flexible substrate. The antennas can be integrated on the flexible substrate along with the developed nano-sensors and miniaturized transceivers, which is the very innovative approach. In this work, we propose customized photolithography processes to manufacture the passive element circuits (resonators, antennas, rectennas, etc…) on flexible substrate. The technique of flip-chip was used for the integration of 60 GHz transceivers, a novel technique to form Au interconnection bump directly onto the flexible substrate by using electrodeposition process is also presented here for the first time. The concordance between the simulations and the measurements is observed, which proves the reliability and reproducibility of such process technique. Furthermore, for a high-volume application like the node deployment of WSNs, wafer cost reductions can significantly lower the total cost per node and became comparable to a low-cost inkjet printing process.

Un géoradar (GPR) effectue une détection non destructive d'objets enfouis, ou l'imagerie du sous-sol par transmission d'ondes électromagnétiques et la détection et l'analyse des réflexions. Le principal défi de GPR est la réduction de la portée de détection en raison de l'atténuation du signal grave causée par la conductivité du sous-sol qui devient plus sévère dans les hautes fréquences. Afin d'augmenter la portée de détection, GPR utilise des fréquences plus basses que les radars non-GPR et nécessite donc de plus grandes antennes qui peuvent limiter la portabilité du système. La plupart des systèmes utilisent des radars GPR à impulsion mais le FMCW (onde continue à fréquence modulée) radar peut présenter certains avantages tels que la versatilité de la fréquence, une maintenance réduite du système et une meilleure résolution de gamme. Les fréquences inférieures à 1 GHz ont d'abord été rares en radars de courte portée FMCW mais trouvent maintenant leur chemin de retour dans des systèmes comme ultra-large bande (UWB) pénétrant dans le sol des radars pour la détection des mines et ainsi que d'autres applications. Lorsque les mesures sont effectuées sur des véhicules, de grands appareils d'antenne ne sont pas un problème. La portabilité, cependant, peut devenir un problème dans les études géophysiques ou des travaux d'urgence dans laquelle on peut avoir besoin de transporter le système par des endroits accidentés, inexplorés et / ou dangereux sans accès aux véhicules. Des environnements inaccessibles peuvent nécessiter la manœuvrabilité à travers d’obstacles (montagnes, grottes, lacs, zones rocheuses). D’ailleurs, l’installation rapide du système est critique dans des conditions difficiles telles que les températures extrêmes, où le temps d'exposition est coûteux et le temps de mesure limité. Une solution pour améliorer la portabilité et la capacité de déploiement d'un système GPR est de réaliser un système complet sur un substrat qui est enroulable afin de permettre une transportation facile. L’électronique sur substrat flexible a déjà été utilisée dans des applications militaires et des sports en plein air. Actuellement, il y a quelques technologies disponibles pour réaliser l'électronique flexible qui ont été un thème majeur en recherche, chacune avec différents niveaux d'intégration. La technologie d'impression à jet d'encre offre une méthode efficace, polyvalente et rentable pour la réalisation de dispositifs flexibles. Dans ce travail, un système radar FMCW classique a été conçu et un travail présenté, pour la première fois, d’application de la technologie d'impression à jet d'encre sur un système de radar. Le système est appelé un système de radar monolithique portable dans lequel tous les agents actifs, passifs et l'antenne sont destinés à partager le même substrat enroulable continu. Ainsi, une intégration hybride est utilisée pour étudier la fiabilité et la performance du système complet enroulé autour d’un rayon serré. Plusieurs défis de conception d'un grand système ont été surmontés qui donneront un aperçu de nouveaux modèles au fur et à mesure que le niveau d'intégration à l'aide de la technologie d'impression à jet d'encre continue d’augmenter. / Flexible monolithic ultra-portable ground penetrating radar using inkjet printing technology A Ground Penetrating Radar (GPR) performs nondestructive detection of buried objects, or subsurface imaging by transmitting electromagnetic waves and detecting and analyzing the reflections. The main challenge of GPR is the reduction in detection range due to the severe signal attenuation that is caused by subsurface conductivity that becomes more severe at high frequencies. In order to increase the detection range, GPR uses lower frequencies than non-GPR radars and thus requires larger antennas that may limit system portability. Most GPR systems use impulse radars however the FMCW (frequency modulated continuous wave) radar can provide some advantages such as frequency versatility, reduced system maintenance and improved range resolution. Frequencies below 1 GHz were initially uncommon in short-range FMCW radars but are now finding their way back in systems such as ultra-wideband (UWB) ground penetrating radars for mine detection and as well as other applications. When measurements are performed on vehicles, large antenna fixtures are not a problem. Portability, however, can become an issue in geophysical studies or emergency work in which one may need to transport the system through rugged, unexplored and/or hazardous locations without vehicle access and perform measurements. Inaccessible environments may require climbing up and down, squeezing through, jumping over, crawling under, maneuvering through or swimming through obstacles (mountains, caves, lakes, rocky areas). In addition to transportation, rapid system setup is critical in difficult conditions such as freezing temperatures or extreme heat where exposure time is costly and limits measurement time. One solution to enhance the portability and deployability of a GPR system for wide area rugged measurements is to realize a complete system on a continuous substrate that is rollable around a reasonably small radius and storable in a scroll or poster-like fashion for easy backpack transportation. Electronics that can flex and bend have already used in military applications and for outdoor sporting gear. Currently, there are a few types of technology available to realize flexible electronics that have been a major topic of research, each with different levels of integration. Inkjet printing technology offers a cost effective, versatile and efficient method for realizing flexible devices. In this work a classical FMCW radar system is designed and an effort is made, for the first time, to apply inkjet printing technology to a radar system. The system is referred to as a portable monolithic radar system in which all actives, passives and antenna are meant to share the same continuous rollable substrate. In doing this, a medium level of integration is used to investigate limits of system complexity, resolution and ultra miniaturization for tight rollability. Various design challenges of a large system are overcome that will hopefully give insight to new designs as the integration level using inkjet printing technology increases.