03 — Matériel et Électronique
Construit à la couche physique
Les cartes, le silicium et l'établi sur lequel ils sont faits.
Développement de PCB, micro-assemblage SMD et SMT, et microcontrôleurs biomédicaux — conçus, fraisés, soudés et mis en boîtier sur un équipement qui m'appartient, puis intégrés dans les dispositifs et les machines qui les utilisent.
Mon travail matériel va du schéma jusqu'au die nu, et remonte jusqu'au dispositif fini dans lequel il vit.
Je développe des PCB et fais moi-même le micro-assemblage : placement SMD et SMT de pièces à pas fin, et la microsoudure qui l'accompagne. L'échelle du travail est passée de l'électronique au niveau carte à la microélectronique et à la nanoélectronique — des composants assez petits pour que le microscope ne soit pas optionnel mais l'instrument principal de l'établi.
L'établi m'appartient de bout en bout. Matériel de microscopie et de microsoudure pour le petit travail, une machine CNC pour la production interne de PCB et une imprimante 3D FDM pour les boîtiers plastiques, capots, coques, bases et supports qui logent chaque dispositif. Cette propriété est ce qui permet à une conception de passer du routage à une carte testée et mise en boîtier sans un fabricant externe dans la boucle à chaque révision.
À partir de là, le travail est l'intégration. L'intégration de SoC embarqué met le silicium dans un produit fini ; l'intégration de systèmes robotiques met un plan de contrôle à microcontrôleur aux commandes de la mécanique. La puce détecte, décide et pilote — et rendre cela fiable au sein d'un système plus grand est la partie qui exige de l'étendue.
longueur d'arête du module de signes vitaux complet — un sous-système entier dans environ 1,5 × 1,5 cm
classe d'empreinte des nano-ordinateurs que je conçois au niveau du die
signaux vitaux fusionnés sur le module : fréquence cardiaque, température et SpO₂
de l'établi m'appartient — microscopie, microsoudure, fraisage CNC de PCB et boîtiers FDM, en interne
Un système complet de signes vitaux de la taille d'un ongle.
Le microcontrôleur biomédical
Environ 1,5 × 1,5 cm, avec tout ce dont un wearable a besoin déjà à bord.
Je conçois des microcontrôleurs biomédicaux autour de capteurs MEMS qui surveillent la fréquence cardiaque, la température et la SpO₂ — la saturation en oxygène du sang. L'objectif n'est pas un module d'évaluation de capteur mais un système complet dans une empreinte d'environ 1,5 × 1,5 cm.
Dans cette zone se trouvent son propre micro-ordinateur, les capteurs MEMS, un concentrateur de signal qui rassemble leurs sorties, un processeur d'algorithmes qui transforme le signal brut en signes vitaux, une antenne Bluetooth pour la liaison sortante, des micro-batteries LiPo et la charge sans fil. Toute la chaîne de l'acquisition à la transmission est sur une seule petite carte.
- Détection MEMS pour la FC, la température et la SpO₂
- Micro-ordinateur sur le module et processeur d'algorithmes dédié
- Sortie Bluetooth, alimentation par micro-batteries LiPo, charge sans fil en entrée
Le chemin du signal, dessiné.
Module MEMS — schéma fonctionnel
Détection, concentration, traitement et liaison — sur un seul substrat.
Le module est un petit pipeline. Les capteurs MEMS alimentent un concentrateur de signal ; le concentrateur remet un flux propre et agrégé au processeur d'algorithmes ; le processeur produit des signes vitaux que le micro-ordinateur transmet via l'antenne Bluetooth. L'alimentation et la charge sans fil reposent sous toute la chaîne.
Le dessiner comme un schéma fonctionnel est la façon dont le placement se décide : les front-ends analogiques restent près des capteurs, la section RF se tient à l'écart des rails bruyants et la bobine de charge obtient sa propre zone.
Une révision, du début à la fin.
Une carte, un jour, sur mon propre établi
- 01 Conception Saisie du schéma et routage de la carte, le placement des capteurs et la section RF.
- 02 Fraisage Usinage CNC du substrat de la PCB en interne, sans délai de fabrication pour les premières révisions.
- 03 Micro-assemblage Placement SMD et SMT des passifs, du SoC et du boîtier de capteur sous le microscope.
- 04 Microsoudure Refusion et microsoudure manuelle des pièces à pas fin avec le poste d'établi grossissant.
- 05 Mise en boîtier Boîtier plastique imprimé en FDM, capot, base ou support dimensionné pour la carte terminée.
- 06 Validation Mise sous tension, capture de signal et vérification de la liaison Bluetooth avant de déclarer la révision terminée.
Conception, fabrication et intégration.
Du schéma à une carte que je peux tenir.
Je parcours moi-même tout le chemin de la conception électronique : saisie du schéma, routage multi-net, définition des empreintes et les décisions de placement qui déterminent si un module de 1,5 cm est réellement réalisable. La contrainte est physique — capteurs, un concentrateur de signal, un processeur, une antenne et des batteries doivent tous coexister dans une petite zone sans se disputer l'espace ou le signal.
Le routage est l'endroit où les disciplines se rencontrent. L'antenne Bluetooth veut du dégagement et une référence de masse propre ; les front-ends analogiques des capteurs veulent des rails d'alimentation silencieux ; la bobine de charge sans fil veut sa propre zone. Tenir ensemble ces exigences sur un seul substrat est le travail de conception qui compte.
- Saisie de schéma et routage de PCB pour des cartes compactes à signaux mixtes
- Décisions d'empreinte et d'empilage prises face à ce que l'établi peut fabriquer
- Zones RF, analogiques et de puissance planifiées sur le même petit substrat
Une ligne personnelle, pas une liste de pièces envoyée à un fabricant.
Je possède l'équipement qui transforme un routage en une carte fonctionnelle : matériel de microscopie et de microsoudure pour le travail SMD à pas fin, une machine CNC pour la production interne de PCB et une imprimante 3D FDM pour les boîtiers plastiques, capots, coques, bases et supports qui logent les dispositifs que je développe.
Posséder l'établi change la boucle d'itération. Une première révision peut être fraisée, peuplée, soudée, testée et redécoupée le même jour — sans attendre un fabricant externe entre chaque changement. La CNC s'occupe du cuivre ; l'imprimante s'occupe du boîtier ; le microscope s'occupe de tout ce qui est trop petit pour être placé à l'œil nu.
- Microscopie + microsoudure pour le micro-assemblage SMD et SMT
- Machine CNC pour la production interne de PCB
- Imprimante 3D FDM pour boîtiers, capots, coques, bases et supports
Là où la puce cesse d'être une puce.
Les cartes ne sont pas le point final. Je travaille à la couche des systèmes physiques : intégration de SoC embarqué et intégration de systèmes robotiques où un plan de contrôle à microcontrôleur pilote la mécanique. La puce est le plan de contrôle — elle détecte, décide et commande — et le travail d'intégration consiste à rendre ce plan de contrôle fiable au sein d'une machine plus grande.
Du côté des périphériques, le même ensemble de compétences construit des périphériques de calcul à IA embarquée : du matériel qui porte l'automatisation pilotée par IA à l'intérieur même du dispositif, conçu pour être ergonomique et réduire la dépendance au clavier. Ils fonctionnent sur des cartes de développement commerciales et sur mes propres cartes construites autour de nano-ordinateurs de Nordic, Texas Instruments et Maxim Integrated.
- Intégration de SoC embarqué dans des dispositifs finis
- Intégration de systèmes robotiques avec un plan de contrôle à microcontrôleur
- Périphériques compatibles IA sur cartes de développement commerciales et personnalisées
Périphériques de calcul à IA embarquée
Du matériel qui porte l'automatisation à l'intérieur de lui-même.
Parallèlement au travail biomédical, je construis des périphériques de calcul à IA embarquée — du matériel qui amène l'automatisation pilotée par IA dans le dispositif lui-même plutôt que de s'appuyer sur une machine hôte. L'intention est ergonomique : des dispositifs destinés à réduire la dépendance au clavier et à augmenter la productivité au quotidien.
Ils sont construits de deux manières. Certains partent de cartes de développement commerciales pour la rapidité ; d'autres fonctionnent sur mes propres cartes de développement, conçues autour de nano-ordinateurs de Nordic, Texas Instruments et Maxim Integrated. La voie personnalisée est celle où le boîtier rétrécit et où le dispositif devient son propre système autonome.
- Automatisation à IA embarquée, sur le dispositif
- Intention ergonomique — moins de clavier, plus de débit
- Nano-ordinateurs de Nordic, Texas Instruments et Maxim Integrated
Je n'envoie pas une liste de pièces à un fabricant pour attendre. La carte est fraisée, peuplée, soudée, mise en boîtier et testée sur un établi qui m'appartient.
Ce qui se trouve dans la puce de signes vitaux de 1,5 cm.
Module de signes vitaux — composants
- Facteur de forme
- ≈ 1,5 × 1,5 cm
- Calcul
- Micro-ordinateur sur le module
- Détection
- MEMS — FC / Temp / SpO₂
- Chemin de données
- Concentrateur de signal
- Traitement
- Processeur d'algorithmes
- Sans fil
- Antenne Bluetooth
- Alimentation
- Micro-batteries LiPo
- Charge
- Charge sans fil
Chaque ligne est un sous-système qui doit partager le même centimètre et demi carré avec le reste. Le micro-ordinateur fait fonctionner le dispositif ; le bloc MEMS effectue la détection ; le concentrateur et le processeur d'algorithmes transforment cette détection en signes vitaux ; l'antenne Bluetooth les fait sortir ; les cellules LiPo et la bobine de charge sans fil le maintiennent en vie.
L'ingénierie n'est aucune de ces pièces prise isolément — c'est de faire coexister toutes ces pièces sur un seul petit substrat, avec une alimentation propre, une liaison RF utilisable et de la place pour la bobine de charge, dans un boîtier assez petit pour être porté.
Ce que j'apporte à un problème de matériel.
Micro-assemblage SMD / SMT
Placement et refusion en montage en surface à pas fin sous grossissement, pour passifs, SoCs et boîtiers de capteurs.
Microsoudure
Soudure manuelle de pièces à petite géométrie avec un équipement dédié de microscopie et de microsoudure.
Production de PCB par CNC
Fraisage interne des substrats de carte, pour que les premières révisions avancent à la vitesse de l'établi plutôt qu'à celle de l'usine.
Boîtiers FDM
Capots, coques, bases et supports plastiques imprimés en 3D dimensionnés pour chaque dispositif développé.
Intégration de SoC embarqué
Amener les systèmes sur puce dans des dispositifs finis à la couche physique.
Fusion de capteurs
Combiner les signaux MEMS de fréquence cardiaque, de température et de SpO₂ en un flux unique et cohérent de signes vitaux.
Comment la PCB est réellement fabriquée sur l'établi.
Fabrication de PCB par CNC
Fraisage d'isolation, trous percés, et une carte le même jour.
La production interne de PCB part d'un stratifié plaqué cuivre, pas d'une commande à l'usine. Le routage que je dessine devient un ensemble de trajectoires d'outil que la CNC suit : une fraise en V fine trace autour de chaque piste pour l'isoler du cuivre environnant, une petite fraise dégage les zones plus grandes et les cycles de perçage ouvrent les trous pour les vias et les pièces traversantes.
L'avantage est la boucle, pas la finition. Une carte fraisée n'a pas de masque de soudure ni de barillets métallisés, alors j'étame les pistes et je ponte les vias à la main — mais je peux tenir une carte routée et percée moins d'une heure après avoir terminé le routage, puis la redécouper dès que la conception évolue. C'est ce qui maintient les premières révisions à la vitesse de l'établi.
- Routage d'isolation des pistes à partir d'un stratifié plaqué cuivre
- Dégagement des plans de cuivre à la fraise et trous percés de vias et de pastilles
- Pistes étamées à la main et vias pontés à la place d'un procédé métallisé
La refusion est un profil de température, pas un instant.
Profil de refusion SMD
Préchauffage, maintien, refusion et un refroidissement contrôlé.
La soudure en montage en surface est régie par un profil de température en fonction du temps, pas par un seul contact de chaleur. L'assemblage parcourt quatre étapes — préchauffage, maintien, refusion et refroidissement — et la forme de cette courbe est ce qui décide si les joints sortent sains ou contraints.
Chaque étape accomplit une tâche précise. Le préchauffage fait monter les pièces en douceur depuis la température ambiante pour que rien ne se fissure sous le choc thermique ; le maintien tient un palier qui active le flux et égalise la chaleur entre des masses thermiques dissemblables ; le pic de refusion franchit le point de liquidus de la soudure pour que la tension superficielle puisse attirer chaque pièce d'aplomb sur ses pastilles ; le refroidissement fixe la structure de grain des joints terminés.
Suivre la courbe importe le plus à la petite échelle, où un boîtier minuscule et un grand plan de masse chauffent à des rythmes très différents. Profiler le cycle est la façon dont les deux atteignent la température en même temps.
Les quatre étapes du cycle
- 01 Préchauffage La carte monte lentement en température pour que l'assemblage chauffe uniformément et que le choc thermique sur les pièces reste faible.
- 02 Maintien Un palier maintenu laisse le flux s'activer et la température s'égaliser entre les grands et les petits composants.
- 03 Refusion Le pic franchit le point de liquidus de la soudure ; la pâte fond et la tension superficielle attire chaque pièce sur ses pastilles.
- 04 Refroidissement Une descente contrôlée laisse les joints se solidifier en une structure de grain saine avant que la carte ne soit manipulée.
Le poste de microscopie et de microsoudure.
En dessous d'une certaine taille de pièce, le microscope est l'établi — tout le reste est disposé autour de ce qu'il peut voir.
Le petit travail se fait sous un microscope stéréo qui donne profondeur et distance de travail : assez d'espace pour amener une pointe fine de fer, de l'air chaud et des brucelles dans le champ tout en gardant les deux broches d'une pièce au point. Placement, inspection et reprise se font tous à travers la même optique, donc je ne travaille jamais à l'aveugle sur un joint que je ne peux pas résoudre à l'œil nu.
La microsoudure à cette échelle est une affaire de contrôle, pas de vitesse. Une pointe fine et un petit volume de soudure bien fluxé font le travail ; l'air chaud gère les pièces qui doivent être retirées sans déranger leurs voisines. Le microscope transforme une paire à pas fin pontée d'une défaillance invisible en quelque chose que je peux voir et dégager.
Le même poste est l'endroit où commence la validation. Avant qu'une révision ne soit déclarée terminée, elle passe par une mise sous tension, une capture de signal des capteurs et une vérification de la liaison Bluetooth — détectée tôt, sous l'optique, tant que la carte est encore facile à reprendre.
Établi de fabrication
- Optique
- Microscope stéréo
- Microsoudure
- Pointe fine + air chaud
- Fab. de PCB
- Fraiseuse CNC, en interne
- Boîtiers
- Imprimante 3D FDM
- Placement
- Manuel, sous grossissement
- Refusion
- Cycle thermique profilé
- Validation
- Mise sous tension + capture de signal
- Vérification de liaison
- Vérification Bluetooth
Ce que fait réellement la fusion de capteurs.
Fusion de capteurs — chemin du signal
Trois signaux bruts, un flux cohérent de signes vitaux.
La fusion de capteurs sur le module de signes vitaux est l'étape entre la transduction brute et une lecture utilisable. Les front-ends MEMS produisent chacun une image bruyante et partielle : un canal optique pour la fréquence cardiaque et la SpO₂, un canal thermique pour la température. Aucun d'eux n'est une mesure achevée à lui seul.
Le concentrateur de signal agrège ces canaux en un seul flux propre et aligné dans le temps, et le processeur d'algorithmes transforme ce flux en signes vitaux — en rejetant les artefacts de mouvement, en maintenant une fréquence stable et en produisant la valeur de SpO₂ à partir du rapport des canaux optiques. La fusion est ce qui fait que le module rapporte un nombre auquel une personne peut se fier plutôt qu'une forme d'onde qu'une personne doit interpréter.
- Canaux MEMS optiques et thermiques acquis en parallèle
- Concentration en un seul flux aligné dans le temps avant le traitement
- Rejet d'artefacts et SpO₂ basée sur un rapport à l'étape d'algorithmes
Charge sans fil, dessinée comme deux bobines couplées.
Charge sans fil — couplage de bobines
Un champ à travers un espace, redressé de nouveau vers les cellules.
La charge sans fil sur un module wearable est inductive : une bobine d'émission dans la base ou le tapis porte un courant alternatif, ce courant établit un champ magnétique variable, et une bobine de réception sur le module reconvertit le champ en courant. Les deux bobines forment un transformateur faiblement couplé avec de l'air au milieu au lieu d'un noyau.
Côté module, le courant induit est redressé et régulé avant d'atteindre les micro-cellules LiPo, et la bobine de réception a besoin de sa propre zone sur le substrat pour que son champ ne se couple pas aux front-ends analogiques ni à la section Bluetooth. Réserver cette surface est une décision de routage prise tôt, car il n'y a pas de place pour la déplacer plus tard sur une carte de 1,5 cm.
- Couplage inductif entre une bobine d'émission et une bobine de réception
- Redressement et régulation avant les micro-cellules LiPo
- Une zone de bobine réservée et tenue à l'écart des sections analogique et RF
Un SoC est un système avant d'être une puce.
Intégration de SoC embarqué
Un plan d'implantation de cœurs, mémoire, radio et analogique — sur un seul die.
Un système sur puce n'est pas une fonction unique dans un boîtier ; c'est un plan d'implantation. Un cœur de processeur, de la mémoire sur le die, un bloc radio pour la liaison sans fil, des front-ends analogiques pour les capteurs et la gestion de l'alimentation reposent tous sur le même silicium, disposés pour que les parties bruyantes et les parties sensibles restent séparées.
En intégrer un signifie travailler avec cette structure interne plutôt que contre elle : garder propre la référence de la radio, donner aux domaines analogiques une alimentation silencieuse et router la carte pour que les contraintes propres au SoC soient respectées aux broches du boîtier. Les nano-ordinateurs autour desquels je construis — de Nordic, Texas Instruments et Maxim Integrated — sont exactement ces plans d'implantation intégrés réduits à la classe de 1 mm², ce qui permet à un dispositif fini de devenir son propre système autonome.
- Cœur, mémoire, radio et analogique comme blocs sur un plan d'implantation
- Routage de carte qui respecte les contraintes internes du SoC aux broches
- Nordic, Texas Instruments et Maxim Integrated comme base de silicium
D'une pièce manipulée à un plan de contrôle dans une machine.
Le travail est un rétrécissement continu. Il commence au niveau carte, où les pièces sont manipulées à la main et la discipline de routage est fixée. Il se resserre vers la microélectronique, où le microscope devient l'établi. Il atteint l'échelle de la nanoélectronique, où un nano-ordinateur de 1 mm² est l'essentiel du dispositif et la carte est réduite à un porteur. Et il remonte par l'intégration, où ce silicium devient le plan de contrôle d'un dispositif fini ou d'une machine.
Le lire comme une seule ligne est l'essentiel. Les mêmes mains qui placent une pièce à pas fin sont celles qui décident, bien plus tard, comment une puce commande la mécanique d'un système robotique. L'établi, le silicium et l'intégration ne sont pas trois métiers — ils sont un seul chemin parcouru de bout en bout.
- Niveau carte Électronique discrète et CI encapsulés Pièces manipulées à la main, pastilles visibles, la discipline de routage fixée à échelle humaine.
- Microélectronique SMD à pas fin sous le microscope Le microscope devient l'instrument principal pour le placement, l'inspection et la reprise.
- Nanoélectronique Die nu et nano-ordinateurs de 1 mm² La puce devient l'essentiel du dispositif ; la carte est réduite à un porteur et une interconnexion.
- Intégration Vers les dispositifs et les machines Intégration de SoC embarqué et de systèmes robotiques, avec la puce comme plan de contrôle.
Carte, micro ou nano — où se situe réellement un problème.
Là où vit la plupart de l'électronique, et là où j'ai commencé.
Le travail au niveau carte est l'échelle familière : passifs discrets, connecteurs et CI encapsulés placés sur un substrat routé. Les pièces sont assez grandes pour être manipulées, les pastilles sont visibles, et les modes de défaillance sont ceux que tout ingénieur en électronique apprend en premier — joints froids, ponts et polarité inversée.
Je traite cette échelle comme le fondement plutôt que comme le plafond. La même discipline de routage qui garde propre une conception au niveau carte — chemins de retour courts, masse délibérée, domaines analogique et numérique séparés — est ce qui se transmet vers le haut quand les pièces rétrécissent et que les marges disparaissent.
- Passifs discrets, connecteurs et CI encapsulés sur un substrat routé
- Planification d'une masse propre et de chemins de retour comme habitude de base
- L'échelle où la discipline de routage est fixée avant d'être mise à l'épreuve
Pas fin, là où le microscope prend le relais.
À l'échelle de la microélectronique, les broches se resserrent au pas fin et les passifs descendent à des tailles de boîtier difficiles à résoudre à l'œil nu. Le microscope cesse d'être une commodité et devient l'instrument principal : placement, inspection et reprise se font tous sous grossissement.
Le travail change de nature ici. Le volume de soudure doit être contrôlé plutôt qu'estimé, le choix du flux importe, et une seule paire pontée peut être invisible sans optique. L'équipement d'établi que je possède est ce qui rend cette échelle routinière au lieu de fragile.
- Broches à pas fin et passifs de petit boîtier placés sous grossissement
- Volume de soudure contrôlé plutôt qu'estimé à la main
- Inspection et reprise effectuées à travers le même microscope
Travailler au niveau du die, où 1 mm² est la toile.
La plus petite échelle autour de laquelle je conçois est l'empreinte du die nu et du nano-ordinateur — la classe de composant de 1 mm² construite sur des pièces de Nordic, Texas Instruments et Maxim Integrated. À cette échelle, le dispositif n'est plus une carte portant une puce ; la puce est l'essentiel du dispositif, et la carte est un porteur et une interconnexion.
Concevoir ici, c'est respecter ce que le fournisseur de silicium fournit déjà — séquencement de l'alimentation, schémas de référence et front-ends RF — et n'ajouter que ce dont l'application a besoin. La retenue est la compétence : chaque pièce supplémentaire est de la surface que le système fini ne peut pas se permettre.
- Empreintes de die nu et de nano-ordinateur de 1 mm² comme unité de travail
- Silicium de Nordic, Texas Instruments et Maxim Integrated
- Retenue sur le nombre de pièces, car la surface est la ressource rare
Open to the right work
Si votre dispositif a besoin de la carte, du silicium et de l'établi sous un même toit — c'est le travail que je fais.
If you are holding a problem that doesn't fit inside one field, that is the conversation I want.