Corrélation entre la pression artérielle périphérique et ...
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Rencontre NAE – ENSICAEN
25 novembre 2013
« Fiabilité des Systèmes Electroniques
Embarqués ».
Philippe Descamps (CRISMAT - LAMIPS)
Laboratoire de Microélectronique et de
Physique des Semiconducteurs
1
LaMIPS
1999 : Création du LAMIP entre l’ISMRa et Philips Semiconductors
2007 : Renouvellement du LAMIPS entre le laboratoire CRISMAT (Cristallographie et Sciences des
Matériaux, UMR 6508) dont les tutelles sont l’ENSICAEN, le CNRS et l’Université de Caen Basse-
Normandie et NXP Semiconductors
2010 : Entrée du partenaire PRESTO Engineering (repreneur des activités QAS de NXP).Le
laboratoire commun regroupe des moyens de NXP Semiconductors, de PRESTO Engineering et du
CRISMAT.
Organisation CRISMAT, UMR CNRS 6508
LaMIPS
Functional ceramics
Damage and forming processes
Structural materials ‐ Composites
Failure Analysis and reliability
RF communication systems
Axe 4 : Matériaux fonctionnels et de structure
Effectifs 2012
EFFECTIFS
Dir. : Ph. DESCAMPS
Dir adjoints : M. Villemain et
P. Gamand
Universitaires : 8 • 2 Professeurs • 3 maîtres de Conférences (dont 3 HDR) • 1 chercheur (CNRS, HDR) • 1 Professeur émérite • 1 assistant Ingénieur NXP + PRESTO : • 1 HDR • 8 Docteurs • 10 Ingénieurs • 8 Techniciens (12 équivalent temps plein)
+ 8 Thésards • 4 étudiants /an • 2 post doctorants
CRISMAT
10,1 ETP
PRESTO
4 ETP
NXP
4,6 ETP
Répartition des effectifs en équivalent temps plein
PRESTO 13%
NXP 21%
CRISMAT 5% LaMIPS
27%
thésards 26%
Post-doc 3%
Ingénieurs contractuels
5%
3
Objectifs et missions du LaMIPS
Transferts de connaissance vers le tissu économique
Expérience confirmée dans la mise en relation entre recherche fondamentale et appliquée.
Production scientifique
Développement des compétences scientifiques
Formation à la recherche et par la recherche des étudiants
Programme de recherche en ligne avec les intérêts industriels à long terme
Ouverture du laboratoire à de nouveaux chercheurs d’horizons variés
Accès aux technologies industrielles
Faire face aux nouveaux défis technologiques
L’innovation
Stratégie et Développement
Développer une recherche partenariale à vocation industrielle
Filières : automobile, aéronautique, spatial, médical, domotique et
communications (ex :NFC)
Secteurs : électronique, microélectronique, télécommunications
Technologies clés : Caractérisation et Modélisation HF, Conception de circuits,
Analyse de défaillance, Fiabilité.
Publications
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
01/01/1900 02/01/1900 03/01/1900
Chapitres de livres scientifiques
Communications orales (workshop, etc)
Communications nationales etinternationales sans proceeding
Comunications Internationales avecproceedings
Conférences invitées
Articles dans des revues avec comité delecture
2011 2012 2013
Projets coopératifs de R&D soutenus (2008-2013)
AUDACE (FUI, Mov’eo) « Analyse des caUses de DéfaillAnces des Composants des systèmes Electroniques
embarqués », FUI, DAS mécatronique, Thales et VALEO (2008)
CATRENE – PANAMA, Cellular Base Station « Power Amplifiers and Antennas for Mobile Applications »
(2009)
FP7-PEOPLE - Pa4CR « «European Intersectoral Research Partnership Towards the Development of Cognitive
Radio» (2012)
RF2THZ (CATRENE) « From RF to MMW and THz Silicon SOC Technologies» (2011)
PARSIMO (ENIAC) «Partitioning and Modeling of System in Package “, Thales Systèmes aéroportés (2011)
EARTH : Nouvelles architectures de réseaux de téléphonie cellulaire : « Contribution à l'étude des convertisseurs
DC-DC pour des réseaux de télécommunications cellulaires de 4ème génération (LTE).» (2011)
SESAMES (FUI) : Study for Electrical overstress Standardization And Measuring Equipment Set-up (2011)
FIRST (FUI) : Fiabilité et Renforcement des Systèmes Technologiques Mécatroniques de Forte Puissance (2014)
Une thématique :« METHODES INNOVANTES EN
CARACTERISATION ET
ANALYSE DE SYTEMES MICROELECTRONIQUES.»
2 AXES :
I. Analyse de Défaillances, Caractérisation
de matériaux et Fiabilité. 1.1 Analyse de défaillances et propriétés physique et
électrique
1.2 Fiabilité et Caractérisation Electrique
II. Caractérisation, Modélisation, Conception,
Architecture et Matériaux pour les
radiofréquences et les micro-ondes. 2.1 Caractérisation et modélisation HF
2.2 Conception de circuits analogiques RF
2.3 Caractérisation de matériaux pour les applications RF
Techniques d’analyses
physique et électrique
Radiofréquences et
Hyperfréquences
Substrate Si
70 µm
Metallic
Layers
I. Analyse de Défaillances, Caractérisation
de matériaux et Fiabilité.
I.1 Caractérisation de matériaux et Analyse de défaillances
I.2 Fiabilité et Caractérisation Electrique
I.1) Caractérisation TEM-STEM (image HREM, HAADF
et analyse EDX) de couches nanométriques
Exploitation des nombreuses
observations réalisées dans les
différents types de capacités SIS
intégrées dans le silicium (2D et 3D)
lors de la mise au point du procédé :
corrélation structure-comportement
physique, mécanisme de conduction
pour les différentes géométries et
natures d’isolants utilisés (oxides,
nitrures ….)
L’association prépa TEM dans le FIB - images TEM haute-résolution a permis de caractériser les
épaisseurs des diélectriques tout le long des structures 3D (informations indispensables à la
compréhension de leurs propriétés électriques
Etude du système multicouches ONO dans les capacités intégrées
(IPDIA)
I. Analyse de Défaillances, Caractérisation de
matériaux et Fiabilité.
I.1 Caractérisation de matériaux et Analyse de défaillances
I.2 Fiabilité et Caractérisation Electrique
I.2 Fiabilité et Caractérisation Electrique:
Apport du LaMIPS pour l’électronique embarquée
Faire face aux augmentations de puissance et de performance des
systèmes électroniques embarqués.
Rester à la pointe des technologies de composants. Ces technologies
qui ne sont pas toujours matures présentent des risques en terme de
robustesse et de fiabilité.
Analyser, appréhender et modéliser les mécanismes de défaillances
(physique et électrique) des composants électroniques embarqués
pour apporter les améliorations nécessaires afin de garantir la
performance et la fiabilité des systèmes. Mise en place d’un banc
EOS, le TPG (Transient Power Generator)
Famille de composants et systèmes :
Capacités, Inductances, Mos de puissance et plus généralement les
modules électroniques de puissance, Carte d’alimentation, Amplificateurs.
Objectifs
Electronique embarquée
Actions possibles
1. Méthodologie pour l’étude de la fiabilité et des défaillances de
manière améliorer la fiabilité des composants et des systèmes
embarqués.
2. Etude des dégradations des transistors de puissance dues à des
interactions électriques conduites et et modélisation électrique.
3. Analyses physiques non-destructives ou destructives. Détection
des dégradations et défauts dans les composants et les
assemblages électroniques : Compréhension des mécanismes
physiques mis en jeu.
Etude des interactions électriques conduites
sur des composants et systèmes électroniques
Réalisation de stress OVS et analyse de défaillance sur 6 véhicules de test
Exemple de résultats de stress sur un CI :
Analyse de construction du transistor VDMOS :
Transistor après ouverture de boitier
Image MEB après révélation des
zones dopées (solution NP) Image FIB
Analyse de défaillance possible sur les
composants stressés
Caractéristique I(V)
-0.06
-0.04
-0.02
0.00
0.02
0.04
0.06
-2 0 2 4 6 8
Tension (V)
Co
ura
nt
(A)
Initiale
6.8V
Dégradé
Séquences de stress :
II. Caractérisation, Modélisation, Conception et Matériaux
pour les radiofréquences et les micro-ondes.
II.1 Caractérisation et modélisation HF
II.2 Conception de circuits analogiques RF
II.3 Caractérisation de matériaux pour les applications RF
16
II.1 Caractérisation et modélisation HF
a. Caractérisation et modélisation jusqu’en onde
millimétrique de composants passifs, de circuits
électroniques et de boîtiers.
b. Modèle de bruit HF des transistors bipolaires à
hétérojonction.
c. Caractérisation en paramètres S et en paramètres
de bruit des multipôles.
d. Compatibilité électromagnétique
Network analyser
Spectrum analyser or NFM
PC
LNA
Noise source or
load impedance
P3
P1 P2
Switches
Probe station
ENIAC- PARSIMO « Partitioning and Modeling of System
in Package »
18
Caractérisation, Modélisation, Conception, Architecture
et Matériaux pour les radiofréquences et les micro-ondes.
2.1 Caractérisation et modélisation HF
2.2 Conception de circuits analogiques RF
2.3 Caractérisation de matériaux pour les applications RF
II.2 Conception de circuits analogiques RF
Adaptive Power Supply Unit (APSU)
a. Solutions de test pour des applications
micro-ondes et ondes millimétriques :
Tests faibles coûts et BIST pour circuits
intégrés en ondes millimétriques
b. Etude de convertisseurs DC-DC haute
performance pour les réseaux
cellulaires de 4ème génération (LTE :
Long Term Evolution).
Projet européen RF2THZ project aims at the establishment of silicon technology platforms for emerging Radio
Frequency (RF), Millimeter-Wave (MMW) and TeraHertz (THz) consumer applications.
Zin
OUTExternal Components
PF
DO
UT
_D
C_B
IST
BIST Generator
ON CHIP
Exte
rna
l Co
mp
on
en
ts
20
Caractérisation, Modélisation, Conception, Architecture
et Matériaux pour les radiofréquences et les micro-ondes.
2.1 Caractérisation et modélisation HF
2.2 Conception de circuits analogiques RF
2.3 Caractérisation de matériaux pour les applications RF
II.3 Caractérisation de matériaux pour les
applications RF
a. Caractérisation et Modélisation avancées de
boitiers électroniques pour CI en onde
millimétrique.
b. Caractérisation des dopants actifs des systèmes
RF intégrés : Caractérisation du « substrat
noise » par SCM (Scanning Capacitance
Microscopy) afin d’obtenir le profil réel de
dopants actifs le long des zones dopées. Etude
de la résistivité des substrats QuBiC 4
BiCMOS. Mesure SCM. Acquisition effectuée sur la cross
de l’échantillon de calibration, mis en évidence
de la variation du dopage réel le long de la zone
dopée.
Surface du
composant
Conclusion
Expérience confirmée du LaMIPS dans la mise en relation entre recherche
fondamentale et appliquée ;
Valorisation des travaux de recherche vers des applications industrielles
Implication dans les projets labellisés par les pôles TES et MOVEO ;
Implication dans de nombreux réseaux industriels et académique.
Retombées pédagogiques sur la formation pour les filières de l’ENSICAEN,
pour les MASTER et les thèses de doctorat ;
Domaines d’expertises : Caractérisation et modélisation de composants et de
circuits en haute fréquence, fiabilité (stress électrique et CEM), analyses de
défaillances, Systèmes embarqués, Bancs de test
Annexe : Bancs de mesures et techniques
d’analyses Analyses non destructives
Radiographie et tomographie par rayons X, microscopie acoustique, réflectométrie dans le domaine
temporel,
Préparations des échantillons
Ouvertures chimique, mécanique ou laser, rodage, polissage, amincisseur ionique, gravure plasma,
modification FIB, découpe laser, soudure fil
Localisation de défauts et caractérisation électrique
Caractérisations I-V et RF, microscopie à émission de photons, OBIRCh – TIVA, micro-sonde DC,
caractérisation RF (de 45 MHz à 110 Ghz)
Caractérisation physique
Microscopie électronique à balayage (SEM), microscopie électronique en transmission (TEM),
microscopie à force atomique (AFM), faisceau d’ions focalisés (FIB), Banc interférométrique 3D ou
Microscope Holographique (contrôle dimensionnel).
Stress électriques
Test ESD (Electricity Static Discharge), Test OVS (Over Voltage Stress), Test « latch-up »
Stress de fiabilité
Banc caractérisation CEM jusqu’à 20GHz (Immunité et rayonnement)
Équipements de caractérisation électriques (DC au hyperfréquences)
Système de caractérisation sous pointes 45MHz-110GHz
Analyseur de réseaux vectoriel 110MHz-50GHz
Analyseur de réseaux vectoriel 6 GHz
Analyseur de spectre 50 GHz
Banc de mesure de bruit HF 10MHz – 20GHz
Générateurs hyperfréquences
Système de caractérisation I-V
Stations de mesures sous pointes manuelle et semi-automatique
Logiciels : ICCAP, Cadence, HFSS, EmPRO, ADS.
Annexe : Bancs de mesures et techniques
d’analyses
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