SILMACH : PIONNIER DE LA MICROMÉCANIQUE MEMS SUR SILICIUM

L’entreprise est créée en 2003 avec un pari fou et furieusement avant-gardiste : industrialiser des premières micromachines MEMS alors que la thématique n’est qu’à ses balbutiements au niveau international ! SilMach est une société de technologies innovantes spécialisée dans la micromécanique MEMS sur silicium.

L’entreprise propose des prestations de services R&D « amont » pour le compte de client désireux d’implémenter des solutions MEMS dans leurs produits. Les développements de SilMach concernent en particulier les micromoteurs sur silicium pour applications nomades et embarquées (technologie PowerMEMS), ainsi que les capteurs MEMS sans énergie pour le contrôle passif de santé des structures (technologie ChronoMEMS), domaine dans lequel SilMach dispose d’un portefeuille de brevets codétenus avec la DGA. SilMach propose un véritable savoir-faire dans la fabrication de pièces silicium structurées à l’échelle micrométrique et nanométrique, et dans l'hybridation de ces pièces dans vos systèmes.

L’entreprise, classée « ERR Défense », est référencée OTAN. Au début de l’aventure….

Repérée par de grandes institutions et des industriels de renom, la start-up du CNRS menée par son fondateur visionnaire, Patrice Minotti, et son équipe de scientifiques réalise les premiers démonstrateurs qualifiés de véritables « sauts technologiques » comme l’emblématique nanodrone bio-inspiré « Libellule ». Le succès technologique et médiatique international célèbre le début de l’aventure SilMach® !

Le micromoteur : projet avec la DGA de nanodrone bio-inspiré. © SilMach.

L’entreprise conçoit en quelques années des technologies de rupture pour la motorisation des montres à quartz puis, avec le soutien de la DGA (Direction Générale de l’Armement), invente son système de monitoring de structures ChronoMEMS®.

Lauréate du concours national de création d’entreprises de technologies innovantes du ministère de la Recherche en 2003, SilMach® a reçu ensuite de nombreuses distinctions : Micron d’Or au salon Micronora en 2004 et 2014, Prix Science & Défense en 2006, Trophée INPI de l’innovation en 2010, Prix de l’Ingénieur Général Chanson en 2014, Membre de BPIfrance Excellence depuis 2014, Talents de l’INPI en 2015, Victor de l’entreprise en 2016…

Grâce à ces distinctions et à son effort perpétuel d’innovation, l’entreprise est aujourd’hui reconnue et plébiscitée en France et à l’international par de nombreux industriels sur les marchés de l’aéronautique, nucléaire, militaire, transport terrestre, horlogerie… Des acteurs convaincus de l’infini potentiel des applications que propose SilMach®.

« Pour vous, nous anticipons les technologies du futur en repoussant les limites de la miniaturisation. De l’extrême finesse des motifs obtenus en salle blanche à la meilleure mécanique de précision, de l’univers aseptisé du silicium à l’environnement opérationnel que nous servons, il y a un Monde ! SilMach® est au cœur de ce transfert technologique : notre savoir-faire vous offre l’opportunité d’exploiter l’extraordinaire potentiel des micromachines MEMS dans vos applications. Objectif : gagner en compacité et en nouvelles fonctionnalités ! »

SilMach conçoit, développe, fabrique et intègre… deux divisions : PowerMEMS® et ChronoMEMS®

→ PowerMEMS®

Sous le vocable PowerMEMS® sont regroupées les solutions MEMS de SilMach® à base de moteurs électrostatiques très haute résolution. Il s’agit de dispositifs en silicium se présentant sous la forme de réseaux d’électrodes munies de peignes inter-digités qui, lorsqu’ils sont alimentés électriquement, s’animent par un mouvement alternatif généré par des forces électrostatiques dont l’intensité dépend de la tension appliquée aux électrodes. Le mouvement pas-à-pas induit à chaque impulsion électrique entraîne une chaîne cinématique en rotation, en translation, ou présentant un mouvement plus complexe.

Moteur électrostatique en silicium : L’actionneur (au centre) active un rotor (roue micro-dentée) en silicium également, en direct drive. L’actionneur est un bloc de silicium monolithique avec trois zones actives aux fonctions différentes : zone motrice ; zone d’indexation ; zone d’embrayage. Chaque zone est constituée de milliers de peignes interdigités de 50 microns de longueur et 6 microns d’épaisseur (0,006 mm)

À QUOI ÇA SERT ?

Les solutions PowerMEMS® ont été développés pour les besoins de motorisation des systèmes nomades (montres, objets connectés etc.). Associées à une puce microélectronique intégrée (circuit ASIC pour Application-Specific Integrated Circuit) dédiée en fonction des applications, les solutions PowerMEMS® sont capables d’animer des mécanismes en translation (actionnement d’ouvrants, de volets, de fentes ou de trappes etc.) ou en rotation (mécanismes d’engrènement, ouverture de diaphragmes…).

Le premier domaine d’application est celui de l’horlogerie. Ainsi, SilMach a réalisé dès 2008 le premier prototype de mouvement de montre quartz intégré motorisé par un chip PowerMEMS® et un ASIC haute tension connecté à une pile horlogère. Pour leur fabrication, ces micromoteurs sont désormais dupliqués simultanément à raison de plusieurs centaines d’unités sur une plaque de silicium de 6 pouces de diamètre.

À droite, les peignes en silicium actionnant la roue dentée qui entraîne les aiguilles d’une montre.

QUELS AVANTAGES ?

La conception unique des solutions PowerMEMS® permet de générer des performances mécaniques (couple utile, puissance mécanique utile, rapport poids/puissance, résolution de positionnement en mode pas-à-pas…) très au-delà de l’état de l’art international, toutes technologies confondues.

La compacité, l’amagnétisme, l’extrême légèreté et la simplicité des moteurs PowerMEMS® ouvrent des perspectives inespérées de motorisation dans des environnements très contraints. Par ailleurs, les tests en laboratoire mettent en évidence des performances exceptionnelles en termes de robustesse, d’endurance et de durée de vie grâce à des propriétés tribologiques hors norme (fonctionnement sans lubrifiant…). Les solutions PowerMEMS® reposent sur des moteurs pas-à-pas irréversibles ou réversibles et bénéficient d’une large gamme de fréquence de fonctionnement (i.e. d’une fraction de Hz à plusieurs kHz).

Pour porter ses micromoteurs sur le marché de l’horlogerie (commercialisation des solutions PowerMEMS), la société a signé en avril 2018, une joint-venture - baptisée « TiMach » - avec l’américain Timex Group (montres Timex et licences pour Guess, Versace, Ferragamo, Ted Baker, etc.), qui a permis de créer des synergies :

▪ Production des composants horlogers hors silicium

▪ Prospection clients

▪ Connaissance du marché

Les applications horlogères : évolution de la technologie

Les solutions PowerMEMS® permettent d’animer indépendamment et en « direct drive », les aiguilles d’un mouvement dans les deux sens de rotation et ce dans un volume extrêmement réduit. La décorrélation des aiguilles permet indifféremment d’indiquer l’heure ou de piloter des fonctions auxiliaires de type « tracking » d’activités biométriques.

Début 2020 : Finalisation des premières boxes industrielles produites par assemblage robotisé à haute cadence dans la salle blanche de SilMach.

Deux fois plus compacts que les petits moteurs actuellement disponibles sur le marché (moteurs Lavet)

Décembre 2020 : Premières ventes de pièces à la joint-venture TiMach pour distribution-vente aux prospects horlogers du secteur de la montre hybride connectée.

PowerMEMS : un process d’assemblage à la pointe de la technologie

SilMach est la première entreprise au monde à exploiter le potentiel des machines d’assemblage robotisées de la microélectronique dans le secteur de l’horlogerie. En adaptant ces machines ultraprécises, SilMach a pu développer des procédés industriels pour résoudre les enjeux l’assemblage du silicium avec des composants micromécaniques classiques. On parle d'hybridation du silicium, une compétence au cœur du savoir-faire particulier de SilMach. Le cycle d’assemblage complet d’une boxe s’effectue en quelques secondes. Une technologie permettant des économies d’échelle massives de nature à concurrencer les coûts de production asiatique et rendre possible la création de capacité de production en France.

PowerMEMS : Cible prioritaire « Les montres hybrides connectées »

Les montres aux fonctionnalités connectées mais avec des aiguilles, pour une apparence classique. Toutes les grandes marques investies sur ce segment de marché sont intéressées par les avantages qu’offrent les micromoteurs PowerMEMS : Withings, Fossil ou encore Garmin pour citer les plus connus. En particulier, ces montres de haute technicité nécessitent l’emploi de composants extrêmement performants en consommation énergétique, robustes et le plus compact possible. Autant de caractéristiques qu’offrent les moteurs PowerMEMS avec en particulier un gain en place de l’ordre de 50% par rapport au meilleur moteur du marché et une totale insensibilité aux champs électromagnétiques, un bonus concurrentiel bien apprécié par les concepteurs de ces montres truffées de composants électroniques ! Ainsi, en repoussant les limites de l’état de l’art dans le domaine des micromoteurs, la technologie PowerMEMS permet aux clients de concevoir des montres plus petites et/ou avec des fonctionnalités supplémentaires, en ajoutant davantage de capteurs par exemple.

Prochaine étape envisagée : le mouvement complet, pour une solution clé en main complète

La « Montre M », première montre au Monde équipée des moteurs avec la technologie PowerMEMS. Produit exclusif vendu à 1 088 exemplaires. A l’instar du mythique modèle Astron 35SQ qui a marqué le début des montres à quartz en 1969, la montre M de SilMach offrira aux amateurs de haute technologie et de montres l’exception l’opportunité de posséder un marqueur de son temps. Une nouvelle ère pour cette matière fascinante, le silicium, éternellement associée à la mesure du temps que ce soit sous la forme du quartz ou de celle encore plus ancienne du sable des antiques sabliers.

→ ChronoMEMS®

Les solutions ChronoMEMS® mobilisent une nouvelle génération de capteurs micromécaniques MEMS hybrides fonctionnant sans électronique et sans source d’énergie, capables de compter et mémoriser des évènements mécaniques tels que des déformations, des vibrations, des chocs, des accélérations … avec une autonomie de plusieurs dizaines d’années.

Une fois installé sur la structure (un avion, un navire, un véhicule, un pont, une canalisation, un bâtiment etc.), cette innovation fonctionne comme une boîte noire témoignant de la vie réelle de la structure. L’innovation ChronoMEMS® adresse ainsi le monitoring de la structure (ou « Structural Health Monitoring ») dont l’exploitation des données permet d’améliorer la sûreté d’emploi. La connaissance précise et individualisée des évènements vécus par la structure monitorée donne accès à son potentiel de durée de vie résiduelle et autorise ainsi un verdict d’une qualité unique en termes de sûreté de fonctionnement. Les solutions ChronoMEMS® permettent par conséquent de prendre des décisions opérationnelles immédiates, sur site, dans un contexte de gestion de flotte. Une approche radicalement inverse du « big data » ! Ces solutions permettent également l’optimisation du maintien en conditions opérationnelles (MCO) dans un objectif de réduction des coûts d’exploitation.

Il s’agit donc d’un complément indispensable aux simulations et modèles théoriques puisque les solutions ChronoMEMS® permettent de fournir une information objective et individualisée sur l’emploi réel d’une structure isolée ou intégrée dans une flotte. Les marchés ciblés sont : l’aéronautique, le naval, les transports terrestres, la production et la distribution d’énergie, les équipements industriels, les ouvrages d’art etc.

www.silmach.com