Électronique et micro-électronique


Organigramme du service

Fig. 1. A gauche et au milieu - validation d’un quart de la chaîne de détection QUBIC dans un cryostat à dilution; en haut et en bas à droit– interconnexions et tests des matrices de TES et des modules de SQUID respectivement. © APC
 

Présentation du service

Le service Électronique et Microélectronique de l’APC comprend treize personnes dont cinq ingénieur.e.s de recherche, cinq ingénieurs d’études, deux assistants-ingénieurs et un technicien.ne.s. Le service est issu de la fusion du service Electronique et du service Microélectronique en 2019, il est impliqué dans les projets de physique du laboratoire, aussi bien spatiaux, terrestre et immergé.

Il dispose de l’ensemble des outils de CAO (Conception Assistée par Ordinateur) pour la conception circuits intégrés spécifiques (ASIC) et de circuits imprimés (PCB). Il dispose des outils de simulations en électronique et microélectronique.
Les membres du service réalisent une trentaine d’études par an, allant du PCB double face au PCB 12 couches avec microvias, de la classe 4 au hors classe 88 μm. La fabrication étant sous-traitée dans l’industrie, un dossier de suivi de fabrication, une demande de devis et la génération de fichiers nécessaires au sous-traitant sont remis aux concepteurs.

Un petit atelier de câblage permet la réalisation de prototype qui peuvent être câblés soit manuellement soit avec un four à refusions.  Cet atelier permet aussi le remplacement de composants défectueux pour l’ensemble des projets de l’APC. 

En plus d’un laboratoire de mesure électronique le service gère une salle bas bruit. Cette Salle Bas-Bruit est une infrastructure dédiée aux tests et à la caractérisation bas bruit, et en particulier à basse fréquence (jusqu’au milli-Hertz). En effet, la caractérisation en bruit de chaines de lectures et de détections à très basse fréquence nécessite un équipement spécifique. Un paramètre important à prendre en compte pour les mesures à très basse fréquence, est la stabilité en température. La Salle Bas-Bruit est une pièce de 37,5 m² en sous-sol du Bâtiment Condorcet, équipé de plusieurs systèmes de régulation de température, elle permet une maitrise fine de la température des équipements. Elle est également composée d’une cage de Faraday, d’une enceinte thermique et de nombreux équipements de mesures (Analyseurs, Oscilloscopes, Générateurs, Amplificateurs, Alimentations). Cette plateforme fait partie du pôle spatial de l’université de Paris et est ouverte aussi bien aux laboratoires de l’université qu’aux laboratoires et entreprises extérieurs.

Plusieurs ingénieurs du service ont des responsabilités de chef de projet aussi bien nationaux que internationales lesquelles font appel aux principes de la gestion de projet et du contrôle qualité. Ces méthodologies sont mises en place dès le début des projets.
Les électronicien.ne.s du service assurent la conception, la réalisation, le test et le suivi de systèmes destinés à fonctionner sur les sites d'expériences dans des environnements souvent très sévères (rayonnements ionisants, températures et pression  extrêmes, vibrations …). Pour ces raisons, les différentes réalisations suivent des critères de qualité stricts imposés par les collaborations afin d'assurer un fonctionnement correct des matériels.

Ces systèmes font appel à différentes compétences en électronique : analogique rapide, faible bruit et grande dynamique, et numérique. Par ailleurs, ils mettent en oeuvre diverses technologies : composants discrets, circuits intégrés bipolaires ou CMOS, analogiques, numériques ou mixtes, programmables ou spécifiques. Les circuits numériques programmables (FPGA) sont couramment utilisés dans les différents développements, ils sont généralement programmés dans des langages adaptés tels que VHDL ou encore VERILOG.

Le service possède également une expertise en micro-électronique dans le domaine de la conception de circuits intégrés ASIC analogiques et mixtes, réalisés en technologies standards CMOS et BiCMOS SiGe, pour la mise en œuvre d'instruments dédiés à la cosmologie observationnelle et aux expériences d’astroparticules.

L'activité de microélectronique s'articule autour de trois ingénieurs de recherche (IR) permanents et d'un ingénieur d'étude (IE) permanent avec le support du service informatique du laboratoire pour l'installation et la maintenance des moyens de CAO nécessaires. Les circuits sont dessinés en full-custom à l'aide des outils standards de CAO CADENCE Virtuoso. La plupart des développements ont été réalisés en technologies AMS CMOS et BiCMOS SiGe 0,35µm ainsi qu'en technologie STMicroelectronics BiCMOS SiGe 130nm.

Depuis plus d'une dizaine d'année le laboratoire APC a développé une réelle expertise spécifique en conception d’ASIC bas-bruit (en dessous du nV/ÖHz), opérant en milieu cryogénique (4K) pour l’intégration de senseurs supraconducteurs (TES, SQUID, KIDS) ou durcis aux environnements radiatifs pour des applications spatiales. Ce savoir-faire s'illustre notamment au travers de l'implication technique du laboratoire dans des projets phares tel que le télescope au sol QUBIC (chaîne de lecture cryogénique) dédié à l'observation dans le domaine des ondes millimétriques de la polarisation du fond diffus cosmologique (CMB) ou de l'instrument X-IFU (warm front-end electronic) embarqué sur le satellite de la mission spatiale ATHENA pour l'observation de phénomènes des hautes énergies dans le domaine des X.

Expertise

Le service Electronique et Microélectonique dispose de nombreuses expertises dont certaines très spécifiques nécessaires à la prise en charge de réalisation de systèmes électroniques complexes.
En particulier, sur la conception d’ASIC analogique fonctionnant à des températures cryogéniques, d’ASIC faible bruit et environnement spatial. Il intervient aussi dans le développement de systèmes électroniques numériques et analogiques très faible bruit. Le service a aussi l’expertise dans les fonctions d’Ingénieur système, principalement dans les chaines de détection complexe.

Les principaux projets