Etude et mise en oeuvre de transitions passives aux interfaces circuit/boîtier pour les bases de temps intégrées résonantes

Study and implementation of passive transitions at die/package interface dedicated to integrated time base

• Auteur / Autrice : Arnaud Gamet
• Direction : Marc Bendahan, Stéphane Meillère
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance le 06/01/2017
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (Marseille ; Toulon ; 2008-….)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Société STMicroelectronics Rousset SAS
• Jury : Président / Présidente : Jean Gaubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Meillère, Michel Auguin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyril Buttay, Philippe Maurine
• DOI : 10.70675/e425bc95zd2ebz4124z9637z7cf37a024627

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microcontrôleurs

Oscillateurs à quartz

Courants alternatifs

Systèmes microélectromécaniques

MOS complémentaires

Mots clés libres

Oscillateurs

Bases de temps intégrées

Inductances

Fil de liaison

Modélisation

Caractérisation électrique

Conception analogique

Intégration

Cmos

Oscillators

Integrated time base

Inductors

Bond wire

Modelling

Electrical characterization

Analog design

Integration

Cmos

Résumé

L’intégration des oscillateurs dans les microcontrôleurs est aujourd’hui un enjeu industriel majeur suscitant une forte concurrence entre les principaux acteurs du marché. En effet, les oscillateurs sinusoïdaux sont des circuits indispensables, et sont majoritairement basés sur l’utilisation d’un résonateur à quartz ou MEMS externe. De plus en plus d’investigations sont menées afin d’intégrer des dispositifs résonants dans les boîtiers et éviter ainsi toutes les contraintes extérieures limitant les performances de l’oscillateur. En ce sens, nous avons étudié dans ce travail le comportement électrique, et notamment inductif, des liaisons filaires permettant de connecter une puce à son boîtier de protection. L’avantage d’utiliser ce composant passif est principalement son faible coût. Ce composant a été caractérisé en utilisant plusieurs méthodologies de modélisations et de mesures sur une large plage fréquentielle. Cette étude propose un modèle permettant aux concepteurs d’utiliser une caractéristique électrique équivalente dans une technologie CMOS standard. L’intégration du composant dans une cellule résonante est démontrée au sein d’un prototype.

Nowadays, the integration of oscillators into microcontrollers is a major industrial challenge which involves a large competition between the main actors of this market. Indeed, sine wave oscillators are essential circuits, and are fore the most part based on external crystal or MEMs resonators. More and more investigations are carried out in order to integrate the resonant structure into the package, and avoid all external constraints able to restrict the performances of the oscillator. With this in mind, we studied in this work the electrical behavior, in particular the inductive behavior of bond wires which are electrical connections between a die and its package. The main advantage to use this type of component is its low cost of manufacturing. This passive component has been characterized using several measurement tools on a wide range of frequencies. A RLC model has been presented, allowing analogue designers to use an electrical equivalent circuit in standard CMOS technology. The integration of the passive component in a resonant cell has been demonstrated in a prototype.