La RFID, pour Identification par Radio Fréquence, s'est considérablement développée depuis quelques années devenant un mode d'identification et de traçabilité incontournable. Les acteurs du marché sont nombreux et parmi eux, Tageos, société Montpelliéraine, a mis en place dès 2008 un procédé innovant de fabrication de l'étiquette RFID sur papier, économique et écologique. Cependant, même si les performances obtenues lors d'un précédent travail (Thèse C. Ramade 2008-2011) ont été suffisantes pour permettre la production de masse, elles ne sont pas optimales notamment vis-à-vis des résultats établis en laboratoire. C'est dans ce cadre-là que se positionne ce travail de thèse qui s'est réalisé toujours en étroite collaboration entre l'Institut d'Electronique du Sud et la société TAGEOS S.A.S. Nos efforts se sont focalisés : sur l'optimisation du processus de réalisation d'antenne RFID en travaillant sur l'analyse, les méthodes ou protocoles et les moyens techniques sur la préparation du substrat papier, sur des solutions alternatives et complémentaires de réalisation d'antenne RFID et de collage de la puce RFID et sur la fiabilisation et la qualité des produits finis. Par ailleurs, dans ce travail nous avons également démontré la valorisation de notre tag RFID bas coût par l'intégration d'un capteur et de sa fonctionnalité. Le processus de réalisation industriel d'un tel tag est abordé en tenant compte de celui de TAGEOS. / The RFID, for Radio Frequency Identification, has grown considerably in recent years become an essential mode of traceability and identification. Market players are numerous and among them, Tageos (Montpellier, France) established since 2008 an innovative process for manufacturing the RFID tag on paper, economic and ecologic. However, even if the performances obtained during a previous work (Thesis C. Ramade 2008-2011) were sufficient to allow mass production, they are not optimal in particular with respect to the established results in laboratory. It is in this context that ranks this work which is always carried out in close collaboration between the Institute of Electronics of South and TAGEOS company S.A.S. Our efforts were focused : on process optimization of realization of RFID antenna working on the analysis, methods or protocols and technical resources on the preparation of the paper substrate, on alternative and complementary solutions to realize RFID antenna and RFID chip bonding and on the reliability and quality of finished products. Moreover, in this work we have also demonstrated the valorization of our low cost RFID tag by integrating a sensor functionality. The industrial process of producing of this tag taking accounts of TAGEOS process.

La finalité de cette étude était la réalisation d’un afficheur électrochrome sur papier activable par un smartphone comme solution anti-contrefaçon. La nature cellulosique du substrat et la faible énergie délivrée par le smartphone ont représenté deux contraintes majeures dans de ce travail de thèse. Ainsi, une nouvelle méthode originale de dépôt à température ambiante de films minces WO3 a été développée en utilisant un traitement UV. Le premier dispositif électrochrome couplant le film WO3 sur papier, le Bleu de Prusse, et une membrane électrolytique plastifiée, a montré une bonne stabilité électrochimique associée à un contraste optique ΔR de 13 % pour une tension d’activation de -1 V. En vue de minimiser la tension d’activation, de nouveaux dispositifs électrochromes, à architecture simplifiée, dérivés d’une configuration classique à 5 couches ont été mis au point. Le remplacement du matériau de contre électrode et du conducteur électronique par un matériau métallique unique a conduit à des dispositifs à 4 couches. De plus, l’utilisation d’un matériau électrochrome conducteur a permis de s’affranchir de la couche conductrice électronique adjacente à l’électrode de travail menant à des dispositifs encore plus simplifiés à 3 couches. Les dispositifs simplifiés se caractérisent par des performances électrochromes très intéressantes pour une activation à seulement -0,7 V et présentent une stabilité électrochimique sur plus de 500 cycles. Le premier prototype sur emballage de parfum, à base d’afficheur électrochrome constitué de PEDOT, d’électrolyte liquide ionique polymérisé par vernis UV, et de contre électrode d’Ag, a été activé avec succès par un smartphone en moins de 5,3 secondes pour une énergie d’activation de 0,33 mJ.cm-2. / This study aims at the development of an electrochromic display on paper, activated by a smartphone as solution for counterfeit. A novel deposition method at room temperature of WO3 thin films was developed using a UV treatment. 5-layer electrochromic device (ECD), based on WO3 on paper, Prussian blue, and an electrolyte membrane, showed good electrochemical stability for more than 500 cycles associated with an optical contrast in reflectance ΔR of 13% at -1 V. In order to minimize the activation potential, ECDs with simplified architecture, derived from 5-layer conventional configuration have been developed in a second part of this work. 4-layer ECDs were constructed by replacing the counter-electrode and conductive layer by a single metal layer. In addition, the use of an electrochromic conducting material leads to 3-layer device. 4 and 3-layer ECDs exhibit high electrochromic performances at only -0.7 V with nice stability for more than 500 cycles. The first prototype integrated on perfume packaging, with 4-layer ECD based on PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene), ionic liquid electrolyte polymerized by UV-varnish, and Ag as counter-electrode was successfully activated by a smartphone in less than 5.3 seconds for an activation energy of 0.33 mJ.cm-2.

L'objectif premier de ce projet est la mise au point de procédés de fabrication microélectroniques/microtechnologiques compatibles avec l'utilisation d'un support papier. Pour cela, des techniques comme l'évaporation thermique sous vide, la photolithographie, l'électrodéposition et l'anodisation d'aluminium ont été développées et adaptées à ce support. Des bancs de caractérisations structurels, électriques et flexibles ont été aussi mis en œuvre pour étudier la fiabilité des couches déposées sur un tel substrat. En application, un capteur d'humidité à base d'oxyde d'aluminium flexible a été fabriqué et les tests en humidité ont montré d'excellents résultats permettant de valider le travail effectué. / The primary objective of this project is the implementation of microelectronics/microtechnology processes compatible with the use of paper-based substrate. For this purpose, techniques such as thermal vacuum evaporation, photolithography, electroplating and anodizing aluminum have been developed and adapted to this substrate. Structural, electrical and flexible characterizations benches have also been implemented to study the reliability of the layers deposited on such substrate. A moisture sensor based on flexible aluminum oxide was made and humidity tests have shown excellent results which validate the work.

Au cours des dernières années, en raison de la demande croissante de produits de plus enplus légers, plus petits et moins chers à l'intérieur des appareils portables, l'électronique flexible émerge sur le marché commercial comme une nouvelle génération d'électroniques. Les substrats rigides conventionnels sont remplacés par des matériaux plus minces, flexibles et à faible coût tels que papier, polymère, plastique pour la fabrication des composants et circuits. En même temps, les futurs boîtiers électroniques demandent de plus en plus de nombreux systèmes sans fil afin d'offrir de multiples services et applications (ZigBee/Z-Wave, WLAN, DECT, Bluetooth, RF4CE, 3G/4G, etc.). À cause de l'intégration d'un très grand nombre d'antennes pour satisfaire l'opération de toutes ces applications, les connectivités deviennent donc un grand défi pour les exigences de coût. C'est pourquoi on voudrait remplacer l'ensemble du système d'alimentation/d'interconnexion à la carte mère PCB par une technologie homogène, collective. Ce travail de thèse vise à développer une nouvelle technologie "verte" et faible coût dédiée à la conception et réalisation de systèmes antennaires et d'interconnexions sur les matériaux flexibles (tels que papier) à base d'encres conductrices et de procédés de fabrication additifs comme impression. Le défi scientifique est de concevoir des systèmes antennaires répartis spatialement sur les faces internes en plastique du boîtier électronique sous forme des stickers RF 3D et connectés directement à la carte PCB par une solution innovante, à faible coût pour des applications multimédia sans fil dans la gamme de fréquences de 1.8-6 GHz. / In recent years, due to the growing demand for lighter, smaller and cheaper electronic products Inside portable devices, clothing and packaging materials, flexible electronics is emerging on the commercial market as a new generation of electronics. Conventional rigid substrates will be replaced by thin, flexible, low-cost materials such as paper, polymer, and plastic for the manufacturing of components and circuits. Concurrently with the powerful development of flexible electronics, the future electronic devices have drastically demanded more wireless systems in order to offer multiple services and applications (ZigBee/Z-Wave, WLAN, DECT, Bluetooth, RF4CE, 3G/4G, etc.). Because of the integration of a great number of antennas to satisfy the operation of all these applications, the connectivities thus become a big challenge for cost constraints. This is the reason why we would like to replace the entire interconnection system with the PCB mainboard by a homogeneous, collective technology.This thesis work aims at developing "green", low-cost and innovative technology devoted to the design and realization of antenna systems and interconnections on flexible materials (such as paper) based on conductive inks and additive manufacturing processes like printing. The scientific challenge lies on the design of spatially distributed antenna systems on the internal plastic sidewall of the electronics box in the form of 3D RF stickers and directly connected to the PCB mainboard by an innovative, low-cost solution for wireless multimedia applications in the frequency range of 1.8-6 GHz.