Flexible substrate technology for millimeter wave applications

par Zhening Yang

Thèse de doctorat en Micro et Nanosystèmes

Sous la direction de Daniela Dragomirescu et de Alexandru Takacs.

Soutenue le 19-12-2016

à Toulouse, INSA , dans le cadre de Génie Electrique, Electronique et Télécommunications , en partenariat avec Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (laboratoire) et de Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse] / LAAS (laboratoire) .

Le président du jury était Patrick Pons.

Le jury était composé de Daniela Dragomirescu, Alexandru Takacs, Anthony Ghiotto.

Les rapporteurs étaient Raluca Muller, George Papaioannou.

  • Titre traduit

    Technologie sur substrat souple pour applications en ondes millimétriques


  • Résumé

    Cette thèse fait partie des efforts de recherche pour étudier l’intégration hétérogène sur le substrat souple des nœuds de communicants pour les réseaux de capteurs sans fil dans la bande à 60GHz. Le System in Package (SiP) devrait avoir une consommation d'énergie très faible et être faible coût pour répondre aux exigences des applications telles que la Surveillance de Santé de Structure (Structure Health Monitoring - SHM en anglais) dans le domaine aéronautique par exemple. Chaque nœud est composé des nano-capteurs, des transceivers et des antennes d’émission et de réception. Les nanotechnologies ont permis le développement de nano-capteurs ultra-sensibles à base de nanoparticules. Les transceivers deviennent de plus en plus miniaturisés et donc permettre la possibilité de les reporter sur le substrat flexible. Les antennes peuvent être intégrés sur le substrat flexible avec les nano-capteurs développés et émetteurs miniaturisés, ce qui est l'approche très innovante. Dans cette thèse, nous présenterons les procédés technologiques adaptés pour réaliser les différents circuits passifs (résonateurs, antennes, rectennas, etc…) sur le substrat souple en utilisant la photolithographie conventionnelle. La technique de la puce retournée a été choisie pour l’intégration des transceivers à 60 GHz, la formation des bosses d’interconnexion en or directement sur le substrat souple par les dépôts électrolytiques est présentée ici pour la première fois. La concordance entre les mesures expérimentales et les simulations numériques démontre la fiabilité et la reproductibilité des procédés choisis. De plus, pour une application à volume élevé comme les réseaux de capteurs sans fil, le coût de fabrication par nœud peut être considérablement réduit, et devient comparable avec l’impression jet d'encre qui est un procédé à faible coût.


  • Résumé

    This thesis is part of research effort to develop a 3D heterogeneous integration of wireless sensor node on flexible substrate for the unlicensed 60GHz band. The System in Package (SiP) should have a very low power consumption and very low cost to meet the requirements of applications like Wireless Sensor Networks (WSNs) for Structure Health Monitoring (SHM). Using a flexible substrate for wireless sensor node integration can offer the advantage of being localized in areas with access difficulty especially in non-planar area. Each node is composed of nano-sensors, transceivers and TX/RX antenna. Nanotechnologies made it possible the development of ultra-sensitive nano-sensors based on nanoparticles deposition. Transceivers become more and more miniaturized and hence enable the possibility of postpone them onto flexible substrate. The antennas can be integrated on the flexible substrate along with the developed nano-sensors and miniaturized transceivers, which is the very innovative approach. In this work, we propose customized photolithography processes to manufacture the passive element circuits (resonators, antennas, rectennas, etc…) on flexible substrate. The technique of flip-chip was used for the integration of 60 GHz transceivers, a novel technique to form Au interconnection bump directly onto the flexible substrate by using electrodeposition process is also presented here for the first time. The concordance between the simulations and the measurements is observed, which proves the reliability and reproducibility of such process technique. Furthermore, for a high-volume application like the node deployment of WSNs, wafer cost reductions can significantly lower the total cost per node and became comparable to a low-cost inkjet printing process.


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Cette thèse a donné lieu à une publication en 2016 par INSA [diffusion/distribution] à Toulouse

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Informations

  • Sous le titre : Flexible substrate technology for millimeter wave applications
  • Détails : 1 vol. (103 p.)
  • Annexes : Bibliographie p.97-101
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