- Reinhard Jurisch a inventé l'un des premiers transpondeurs RFID miniaturisés intégrant antenne et composants sur une puce unique.
- La technologie mic3® brevetée par Microsensys en 1991 a permis la première intégration monolithique des bobines d’antenne dans les transpondeurs RFID.
- La mémoire non volatile EEPROM a été essentielle pour le stockage fiable des données dans les transpondeurs sans batterie.
- La réunification de l'Allemagne et la collaboration avec George Perlegos d'ATMEL ont catalysé la concrétisation et la production industrielle des transpondeurs miniatures.
De l'industrie des semi-conducteurs à la révolution RFID : la miniaturisation comme mission permanente
De l'idée initiale à une nouvelle génération : Microsensys et la miniaturisation des transpondeurs RFID
Il a marqué l'histoire de la RFID. Il y a près de 40 ans, Reinhard Jurisch a inventé l'un des premiers transpondeurs miniaturisés au monde, breveté à Munich et conçu pour le monde entier.
Dans cette interview, l'inventeur partage son parcours dans l'industrie des semi-conducteurs, évoquant les succès, les échecs et les opportunités qui ont rendu possible son idée révolutionnaire.
Par Anja Van Bocxlaer, rédactrice en chef de Think WIoT
Aujourd'hui, Microsensys, dirigée par les directeurs généraux Reinhard Jurisch, Peter Peitsch et Sylvo Jäger, est à nouveau sur le point de lancer un produit important. Les premiers clients testent déjà la nouvelle génération de transpondeurs mic3.
Avec des dimensions de seulement 1,8 x 1,8 x 0,5 mm³, ils comptent parmi les plus petits du marché. Ils seront disponibles dans un format identique en versions HF et UHF, chacune avec des fonctionnalités différentes.
Au cours des dernières années, Microsensys s'est imposé comme un moteur de l'innovation dans le secteur de la RFID. Cette interview explore les origines de la miniaturisation des transpondeurs RFID, un développement impulsé de manière décisive par Reinhard Jurisch.
Comment tout cela a-t-il commencé ? Quel rôle a joué l'Allemagne divisée, puis réunifiée ? Et pourquoi George Perlegos, fondateur d'ATMEL, a-t-il joué un rôle si important dans la concrétisation de cette idée révolutionnaire ?
Comment tout a commencé il y a plus de 40 ans
À propos, la suite de cette success story sera bientôt publiée, avec un accent particulier sur les technologies HF et UHF. Quelle bande de fréquences offre les plus grands avantages pour la miniaturisation ? Dans la deuxième partie de la série d'entretiens, Reinhard Jurisch fera la lumière sur le contexte entourant cette question cruciale de la fréquence. Découvrez la série actuelle de mini-tags de Microsensys sur la page officielle des produits Microsensys.
Interview
Pourquoi la miniaturisation des transpondeurs a-t-elle été la véritable raison de la création de Microsensys ?
Reinhard Jurisch : La vision de la miniaturisation des composants électroniques a été une idée centrale qui m'a fasciné tout au long de ma vie. Au début, cet objectif était étroitement lié à mon travail. J'étais employé chez VEB Kombinat Mikroelektronik Erfurt dans l'industrie des semi-conducteurs, où je me concentrais sur la conception de circuits et le développement technologique pour les microprocesseurs et les mémoires non volatiles.
Dans l'industrie des semi-conducteurs, tout tournait autour de la miniaturisation, la loi de Moore étant le principal moteur dans ce domaine.
Des dimensions plus petites signifiaient une densité d'intégration plus élevée, une plus grande fonctionnalité et une consommation d'énergie moindre. Ce concept a façonné mon parcours professionnel dès le début. Cependant, une plus grande fonctionnalité nécessitait généralement des interfaces de communication, des broches et des boîtiers plus complexes.
L'idée de transférer de l'énergie et des données sans fil avait le potentiel de simplifier bon nombre de ces défis. C'est finalement ce qui a motivé la création de Microsensys.
Quelle était l'idée initiale derrière la miniaturisation ?
Reinhard Jurisch : J'ai toujours su que pour que les supports de données et les puces de communication deviennent vraiment petits, l' e des antennes devait être intégrée directement sur le silicium. Le défi consistait à réunir tous les composants électroniques sur une seule puce de silicium.
Pour moi, la miniaturisation reste aujourd'hui encore un moteur essentiel de l'innovation. Chaque fois que je peux miniaturiser quelque chose, je sais que je me rapproche de l'avenir. Bien sûr, d'autres facteurs stimulent également l'innovation. Des sujets tels que la technologie sans fil et la faible consommation d'énergie m'ont fasciné dès le début. La miniaturisation permet généralement d'économiser automatiquement des ressources, tant pendant la fabrication que lors de l'utilisation, grâce à une consommation d'énergie réduite.
Votre vision de la miniaturisation et des transpondeurs sans batterie aurait-elle été possible sans la mémoire non volatile ?
Reinhard Jurisch : La mémoire non volatile était à l'époque un élément crucial pour stocker des données et rendre les programmes informatiques plus flexibles, et elle reste tout aussi importante aujourd'hui. À l'époque, le développement en était encore à ses débuts. Au départ, il existait des mémoires qui pouvaient être effacées à l'aide de rayons UV. Plus tard, les mémoires effaçables électriquement (EEPROM) ont été introduites, ce qui a marqué une avancée décisive.
Il était essentiel, en particulier pour les transpondeurs sans batterie ni source d'énergie propre, de pouvoir stocker les données de manière fiable. La mémoire non volatile était donc la base. Ma vision reposait sur ce type de mémoire combiné à l'idée d'intégrer tout sur une seule puce en silicium.
Comment le développement est-il passé des composants discrets aux supports de données intégrés dans les années 1980 ?
Reinhard Jurisch : À l'époque, tout était encore construit à partir de composants discrets: la bobine d'antenne, le redresseur, le générateur de tension, la mémoire, l'émetteur et le récepteur, chaque composant étant séparé.
Tous ces composants étaient logés dans une petite capsule d'environ un centimètre de diamètre et cinq millimètres de hauteur, ce qui était déjà considéré comme assez petit pour l'époque.
C'est à cette période que les premières idées ont émergé pour les clés de voiture, l'identification des animaux et les supports de données pour les outils.
Mon employeur de l'époque venait de se lancer dans le développement de mémoires EEPROM et des premiers microprocesseurs 16 bits. Je me suis donc demandé : « Pourquoi ne pas créer également des supports de données sans fil ? »
Dans les années 1980, personne ne parlait encore de RFID ou d'identification par radiofréquence. Ces dispositifs étaient simplement appelés transpondeurs ou supports de données, et ils fonctionnaient à une fréquence porteuse relativement basse d'environ 125 kHz.
À la fin des années 1980, mon idée était claire : tout cela devait tenir sur une seule puce de silicium. Le défi restant était l'antenne, qui à l'époque était toujours une bobine pour la gamme LF. La question clé était alors : comment intégrer cette bobine dans la puce ? C'était le point de départ.
N'était-ce pas presque fou d'essayer d'intégrer une bobine sur du silicium à la fin des années 1980 ?
Reinhard Jurisch : À l'époque, les plaquettes ne mesuraient que deux pouces, soit environ cinq centimètres. Nous sommes ensuite passés à des plaquettes de trois et quatre pouces. L'idée était de fabriquer l'ensemble du processus du transpondeur, y compris l'antenne, directement sur une plaquette de silicium.
Quel a été l'impact de la chute du mur de Berlin en 1989 et de la réunification de l'Allemagne ?
Reinhard Jurisch : En 1989, je me suis demandé : « Que dois-je faire de cette idée qui était déjà assez bien développée ? » Dois-je rester dans l'industrie des semi-conducteurs ou dois-je mettre en œuvre ma vision de manière indépendante ?
Grâce aux changements politiques, j'ai pu voyager librement pour la première fois. L'une de mes premières visites a été celle du professeur Herbert Reichl à l'université technique de Berlin. À l'époque, il menait des recherches sur les « technologies de micropériphérie », c'est-à-dire les technologies d'assemblage et d'interconnexion en microélectronique.
Il m'a encouragé à déposer un brevet pour mon idée, ce que j'ai fait sans tarder. Le brevet a ensuite été enregistré sous les numéros EP 0 507 903 et US 5 308 967.
Nous avons appelé ce procédé mic3® (technologie monolithique intégrée de bobines sans contact sur puce). Ce brevet est devenu le fondement de l'entreprise. Avec Peter Peitsch et le Dr Olaf Brodersen, j'ai fondé Microsensys en 1991 à Erfurt.
6 µm de large et 20 µm de haut – Était-ce là l'idée du brevet pour les bobines intégrées dans le processus de fabrication des semi-conducteurs ?
Reinhard Jurisch : Nous avons réfléchi à la manière d'implémenter une bobine d'antenne pour un transpondeur intégré et avons effectué des simulations initiales. Il est rapidement apparu qu'une bobine fabriquée à partir des pistes métalliques standard des processus semi-conducteurs conventionnels ne permettrait pas d'obtenir la qualité d'antenne requise pour les transpondeurs.
Pour obtenir un nombre élevé de spires et une qualité optimale, les pistes devaient être non seulement très étroites, mais aussi exceptionnellement hautes. Plus précisément, nous avions besoin de pistes conductrices d'une largeur de 6 µm et d'une hauteur de 20 µm.
Votre développement après 1989 aurait-il progressé de la même manière en RDA qu'il l'a fait plus tard dans l'Allemagne réunifiée ?
Reinhard Jurisch : Non, il n'aurait pas progressé de la même manière. Au début, de nombreuses conditions préalables étaient nécessaires, en particulier une technologie du silicium appropriée, c'est-à-dire des semi-conducteurs. C'était mon domaine d'expertise.
Nous avions besoin d'une conception à signaux mixtes combinant des éléments analogiques, numériques et haute fréquence, ainsi que des cellules de mémoire non volatiles. À l'époque, ces capacités n'étaient disponibles que dans une mesure très limitée. Nous aurions peut-être pu y parvenir des années plus tard, mais je ne sais honnêtement pas si j'aurais obtenu le feu vert de notre directeur général pour un tel projet. Probablement pas.
Avec la réunification, tout a changé. Soudain, toutes les portes nous étaient ouvertes et nous étions libres. J'ai saisi cette opportunité et j'ai beaucoup voyagé pour trouver une fonderie de plaquettes capable de produire notre conception en silicium. Au cours de cette recherche, j'ai finalement rencontré George Perlegos, le fondateur d'ATMEL et un pionnier de la mémoire non volatile.
Comment s'est déroulée la collaboration avec George Perlegos ?
Reinhard Jurisch : George était en train de mettre à niveau son EEPROM 2 kbit vers un nouveau niveau technologique qui permettait des fréquences d'horloge élevées et une conception à signaux mixtes, y compris des redresseurs pour la gamme haute fréquence. J'ai réussi à le convaincre de l'intérêt d'un transpondeur intégré entièrement monolithique.
Il nous a fourni les règles de conception de son processus, ce qui nous a permis de faire ce que nous avions déjà fait dix ans plus tôt : concevoir des circuits en silicium. La société MATRICS Ltd. au Royaume-Uni a réalisé la mise en page et créé la bande GDS2, qui a ensuite été envoyée à ATMEL dans le Colorado, où la production effective des plaquettes a eu lieu.
La taille de la puce n'est plus impressionnante selon les normes actuelles : 4 x 4 mm². Cependant, une photo de la puce accompagnée de la conception originale est toujours accrochée au mur de mon bureau aujourd'hui.
À la fin de l'année 2010, d'autres puces ont été développées et produites chez ATMEL. L'une des puces les plus populaires était l'AT88RF001, qui convenait au mic3® et disposait d'une interface I²C pour la création de capteurs sans fil passifs.
Parmi les produits bien connus basés sur cette technologie, on peut citer la série de transpondeurs de capteurs TELID®200 de Microsensys.
Comment la production a-t-elle démarré au début des années 1990 ?
Reinhard Jurisch : ATMEL nous a envoyé le premier prototype de plaquette, une plaquette de 6 pouces avec notre configuration et les dispositions nécessaires pour nous permettre de la traiter dans notre laboratoire. Au départ, elle contenait environ 1 200 puces qui, après la préparation Mic3, étaient sans contact et pleinement fonctionnelles.
Il convient de noter qu'avec les progrès de la technologie des puces, nous avons finalement pu installer 8 000 puces de transpondeur sur une seule plaquette.
Pour protéger la bobine, les plaquettes ont été recouvertes d'une couche de passivation, puis sciées pour séparer les puces, comme cela se fait encore aujourd'hui, 30 ans plus tard.
En 1993, nous avons commercialisé le premier transpondeur entièrement monolithique intégré. Il s'agissait d'une première mondiale. Depuis lors, Microsensys propose la technologie brevetée Mic3, qui comprend l'un des plus petits transpondeurs RFID au monde, avec un volume de seulement 1,5 mm³.
Il convient également de mentionner qu'outre notre collaboration avec ATMEL, il existait d'autres partenariats et différents types de puces. Parmi ceux-ci, il convient de citer les projets axés sur la plus petite puce en version 64 bits en lecture seule, avec un volume de transpondeur de seulement 0,8 mm³, basée sur du silicium provenant d'EM Microelectronic Marin et réalisée avec le soutien de SOKYMAT Identification SA.
L'une des puces les plus avancées développées à l'époque à l'aide de la technologie mic3 était basée sur une puce cryptographique sans fil d'INSIDE Contactless, France. La puce comprenait une EEPROM de 32 kbit, un contrôleur cryptographique et une interface RFID ISO-15693/14443 entièrement compatible. Elle était destinée à des applications très exigeantes. Il s'agissait également d'un exemple clair de miniaturisation, car le transpondeur complet, y compris l'antenne, avait une épaisseur de seulement 180 µm et un volume total de seulement 0,6 mm³.
Comment la production a-t-elle été mise en place chez Microsensys ? L'entreprise venait de se lancer et la réunification allemande n'avait eu lieu que deux ans auparavant.
Reinhard Jurisch : Pour mettre en œuvre la technologie Mic3, nous avions besoin de plaquettes et d'étapes de traitement compatibles. Comme tous les fondateurs de Microsensys venaient de l'industrie des semi-conducteurs, nous savions exactement ce qu'il fallait faire. Cela nécessitait un investissement important. Heureusement, nous avons pu obtenir un financement grâce à un programme de soutien appelé « Technologieorientierte Unternehmensgründung » (TOU).
Nous avons investi cet argent principalement dans des équipements et des machines, plutôt que dans des frais de personnel. L'idée était qu'une fois la production et les ventes efficaces lancées, nous serions en mesure d'autofinancer l'entreprise. Honnêtement, il nous a fallu plus de temps que prévu pour atteindre cet objectif.
Nous avons acheté des équipements utilisés dans l'industrie des semi-conducteurs : un aligneur de masques, un système plasma, une centrifugeuse, un rinceur-sécheur, et nous avons construit une petite salle blanche, ainsi qu'une unité spéciale de galvanoplastie — tout ce qui était nécessaire pour le post-traitement des plaquettes. La seule différence était que nous devions ajouter une couche fonctionnelle supplémentaire, la bobine.
Nous avons travaillé sur l'exposition, le revêtement, la structuration et la gravure. Et puis, étonnamment, la première puce a fonctionné immédiatement. Elle recevait des signaux, générait sa propre énergie, transmettait, modulait et fonctionnait exactement comme prévu dès le début. C'était incroyable !
Quelle solution avez-vous mise en œuvre avec les premiers transpondeurs ?
Reinhard Jurisch : Notre première application a été l'identification d'outils. À l'époque, nous visions des entreprises telles que BALLUFF, Euchner, BILZ WERKZEUGFABRIK et d'autres pour leur fournir notre technologie.
Parallèlement, certaines entreprises étaient déjà très intéressées par l'intégration de ces nouvelles puces miniatures dans leurs propres supports de données.
Que faisaient vos concurrents au début des années 1990 ? Y avait-il une course effrénée ?
Reinhard Jurisch : Au début des années 1990, tous les concurrents ne se sont pas immédiatement concentrés sur l'intégration complète. De nombreuses entreprises se sont d'abord concentrées sur le développement du silicium de base pour les transpondeurs. Tout le monde expérimentait le silicium, mais toujours avec deux plots de connexion et une antenne externe.
Dans le cas des cartes à puce, la couche de feuille métallique supportait la bobine d'antenne.
Bien sûr, de nombreux fabricants ont développé leur propre silicium pour les applications de transpondeurs jusqu'à ce que, finalement, les entreprises de semi-conducteurs prennent la tête de la conception. À cette époque, les principaux domaines d'intérêt étaient les cartes à puce sans contact et la production d'étiquettes pour les applications nécessitant une plus grande portée de communication.
La conception reposait toujours sur trois éléments, auxquels s'ajoutaient des processus d'assemblage supplémentaires :
Puce
Feuille de support
Antenne
Cet effort a été considérablement réduit grâce à la technologie Mic3, mais en contrepartie, la portée de communication a également été réduite. À l'époque, cela n'était pas très populaire.
À la fin des années 1990, Hitachi a également fait son entrée sur le marché avec une technologie de bobine sur puce. Au départ, cela nous a semblé problématique. Cependant, cela s'est avéré bénéfique, car une entreprise de cette envergure pouvait générer une portée marketing beaucoup plus large, ce qui a permis au thème de la miniaturisation de reprendre de l'ampleur.
De plus, notre brevet empêchait d'autres entreprises de créer des antennes à puce présentant les mêmes caractéristiques de transmission que Mic3.
