Modeling and measurement of electromagnetic interactions in packaged circuits and systems

par Thanh Vinh Dinh

Thèse de doctorat en Electronique, microélectronique et nanoélectronique

Sous la direction de Philippe Descamps et de Daniel Pasquet.

Soutenue en 2015

à Caen , dans le cadre de École doctorale structures, informations, matière et matériaux (Caen ; 1992-2016) , en partenariat avec Laboratoire de microélectronique et de physique des semiconducteurs (Caen) (laboratoire) .

Le président du jury était Gaëlle Lissorgues.

Le jury était composé de Philippe Descamps, Daniel Pasquet, Gaëlle Lissorgues, Henri Baudrand, Mohamed Ramdani, Pierre Nicole, Sidina Wane.

Les rapporteurs étaient Henri Baudrand, Mohamed Ramdani.

mots clés

• Compatibilité électromagnétique -- Thèses et écrits académiques
• Interactions électromagnétiques -- Thèses et écrits académiques
• Mesures électromagnétiques -- Thèses et écrits académiques
• Semiconducteurs -- Connexions électriques -- Soudage -- Thèses et écrits académiques
• Filtres pour microondes -- Thèses et écrits académiques
• Verre -- Thèses et écrits académiques

Résumé

Les travaux de cette thèse portent sur la modélisation et mesure des interactions électromagnétiques dans les circuits et systèmes mis en boîtier. Afin de réduire les délais de commercialisation, développer des méthodologies de caractérisation plus simples et précises s’est imposé comme un défi pour package qui est de plus en plus complexe. C’est dans ce contexte que ma thèse a été élaborée dans le cadre du projet Européen PARSIMO. Nous avons mené notre étude sur le démonstrateur « filtre agile » du projet PARSIMO, et sur un produit de NXP semi-conducteurs. Dans la première partie, les méthodes de mesure élaborées, qui sont principalement une méthode de de-embeddingcomptabilité TRL en modes mixtes et une méthode de mesure d’une structure de 4 portes en utilisant un VNA de 2 portes, ont été évaluées par des mesures et des simulations électromagnétiques. La méthode de mesure de 4 portes a été appliquée dans la caractérisation des commutateurs MEMS. La deuxième partie se concentre à la modélisation des interconnections trouvées dans un boîtier dont deux fils de bonding, deux lignes sous forme de la croix, le plan de masse et des filtres de comb-line. Les modèles sont vérifiés et validés par des mesures et des simulations électromagnétiques. Dans la troisième partie, des méthodologies de simulation sont discutées en menant une étudie d’un package complet avec l’effet du nombre des fils en parallèle, des vias, et du die en utilisant deux approches cascade et globale. Les avantages et les limitations de différents outils (Momentum, ADS, EMPro, et Sonnet) ont été comparés avec des mesures. Un pont entre électronique, mécanique et fabrication peut être aussi établi avec ces travaux.

Titre traduit

La modélisation et la mesure des interactions électromagnétiques des circuits et systèmes une fois mis en boitier

Résumé

The works of this thesis focus on Modeling and Measurement of Electromagnetic Interactions in Packaged Circuits and Systems. To reduce time to market, developing simpler and accurate characterization methodologies has become a challenge for increasingly complex packages. In this context, my thesis in the frame of the European project PARSIMO was begin. Our studies are conducted on the demonstrator "comb-line filter" of the project PARSIMO, and a product of NXP Semiconductors. In the first part, the developed measurement methods, which are a TRL de-embedding method in mixed modes and a method of 4-port measure using 2-port VNA, were evaluated by measurements and EM simulations. The 4-port measurement method has been applied to the characterization of MEMS switches. The second part focuses on the modeling of interconnections found in a package such as bonding wires, two orthogonal crossing lines, the ground plane and the comb-line filters. The models are verified and validated by measurements and EM simulations. In the third part, simulation methodologies are discussed on the study of a complete package with the effect of parallel BWs number, vias, die and package by using both cascade and global approaches. The simulation of a complex system should be separated by several simple simulations using suitable tools. The advantages and limitations of different tools (Momentum, ADS, EMPRO and Sonnet) were compared with measurements. A bridge between different domains such as electronics, mechanical and fabrication can be also established with these works.