Thèse Année : 2015

Modeling and Measurement of Electromagnetic Interactions in Packaged Circuits and Systems

Modélisation et mesure des interactions électromagnétiques dans les circuits et les systèmes en boitier

Résumé

The work of this thesis deals with the modeling and the measurement of electromagnetic interactions in packaged circuits and systems. Reducing “Time to Market” for the design of RF and microwave products necessitates the development of innovative and efficient characterization and modeling methodologies. Main results concern the following contributions:  Development of original measurement methods for the characterization of Multiport structures by using 2 Port VNA instruments.  Elaboration on TRL based deembedding techniques suitable for mixed modes and applicable for Multiport structures  Application of original design partitioning methodologies accounting for electromagnetic interactions between Chip-Package-PCB integration domains through distributed Co-Design approach The proposed measurement solutions are applied to the design and the optimization of various circuits including MEMS switches in Multiport configurations used for the realization of an “Agile Filter” demonstrator in the framework of the European project PARSIMO. Chip-Package-PCB Co-Design methodologies are applied to the design of distributed circuits where the limitations of Cascade approaches are studied in comparison with Full-wave global approaches. The interactions analysis at Chip, Package and PCB levels are efficiently coupled through an optimized partitioning of lumped RLCK model extractions with broad-band S-parameter models issued from simulations EM. Dedicated test structures are developed for the characterization of coupled lines, bond-wire wire arrays and patterned ground planes. Electromagnetic modeling results obtained using commercial 3D and 2.5D tools are compared to broadband experimental data. Analytical and semi-analytical approaches are formulated for the extraction of 3D geometric profiles of package Wiring Diagrams (WiDi) necessary for the manufacturing process.

Les travaux de cette thèse portent sur la modélisation et la mesure des interactions électromagnétiques dans les circuits et systèmes packagés. La réduction du «Time to Market» pour la conception de produits RF et micro-ondes nécessite le développement de méthodologies de caractérisation et de modélisation innovantes et efficaces. Les principaux résultats concernent les contributions suivantes:  Développement de méthodes de mesure originales pour la caractérisation des structures multiports en utilisant des instruments VNA à 2 ports.  Élaboration de techniques d'embarquement basées sur TRL adaptées aux modes mixtes et applicables aux structures multiports  Application de méthodologies de partitionnement de conception originales tenant compte des interactions électromagnétiques entre les domaines d'intégration Chip-Package-PCB grâce à une approche de co-conception distribuée Les solutions de mesure proposées sont appliquées à la conception et à l'optimisation de différents circuits dont des commutateurs MEMS en configurations multiports utilisés pour la réalisation d'un démonstrateur «Filtre Agile» dans le cadre du projet européen PARSIMO. Les méthodologies de co-conception puce-boîtier-PCB sont appliquées à la conception de circuits distribués où les limites des approches en cascade sont étudiées en comparaison avec les approches globales pleine onde. L'analyse des interactions aux niveaux des puces, des packages et des PCB est couplée efficacement grâce à un partitionnement optimisé des extractions de modèles RLCK regroupés avec des modèles de paramètres S à large bande issus de simulations EM. Des structures de test dédiées sont développées pour la caractérisation des lignes couplées, des réseaux de fils de connexion et des plans de masse à motifs. Les résultats de la modélisation électromagnétique obtenus à l'aide d'outils commerciaux 3D et 2.5D sont comparés à des données expérimentales à large bande. Des approches analytiques et semi-analytiques sont formulées pour l'extraction des profils géométriques 3D des diagrammes de câblage de l'emballage (WiDi) nécessaires au processus de fabrication.

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  • HAL Id : tel-02407504 , version 1

Citer

Thanh Vinh Dinh. Modélisation et mesure des interactions électromagnétiques dans les circuits et les systèmes en boitier. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Normandie Université, Université Caen Normandie, 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02407504⟩
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