Diapositive 1

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Limmunité électromagnétique  un nouvel enjeu
pour la conception et la fiabilité de circuits
intégrés.
Geneviève Duchamp, Alain Meresse Université de
Bordeaux - Laboratoire IMS
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Sommaire
Introduction Evolutions technologiques Conditions
fonctionnement Profil de mission -
environnement Susceptibilité Techniques de
mesures Modélisation Approche fiabilité
intégrée Conclusion
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Introduction
Le contexte
ITRS-2006
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Evolutions technologiques
Densité dintégration
SOC, SIP, POP, Modules 3D
Complexité
Densité interconnexions
Intégration conjointe analogiques / numériques
Proximité puissance / signal
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Conditions fonctionnement
Fréquence de travail
Niveau alimentation
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Augmentation des risques

• Au niveau de la puce
• Accroissement des dimensions
• Diversification des fonctions (SoC)
• Densité de puissance dissipée
• Au niveau des assemblages et boîtiers
• Densification des interconnexions internes (SiP)
• Nouveaux matériaux (alliages sans plomb)
• Procédés de fabrication plus agressifs (PoP)
• Nouvelles dimensions de contraintes (3D)

Evolution rapide Moindre maîtrise des procédés
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Profil de mission - environnement
Large gamme de fréquence Sources
dinterférences EM de plus en plus nombreuses
Composants spécifiques Passif (structures
capacitives, selfiques) -gt Qualité/Fiabilité
propres
Contraintes mécaniques Troisième
dimension Interfaces multiples et diverses
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Contraintes aggravées
Environnement électromagnétique durci
Modélisation et techniques mesures
Emissivité
Susceptibilité / immunité
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Immunité EM
Aptitude dun équipement à fonctionner sans
dégradation de qualité en présence de
perturbations électromagnétiques
Points essentiels
Domaine de fréquence considéré Définition de
critère de susceptibilité défaut niveau de
sortie. gabarit amplitude, fréquence
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Susceptibilité Techniques de mesures
Mode conduit
DPI, BCI, WBFC
Mode rayonné
Cellule TEM, GTEM Champ proche boucle
magnétique, dipôle électrique
Normes iec 62132
www.iec.ch
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Susceptibilité Perturbation conduite
DPI Direct Power Injection
Agression localisée
Faible coût Modèle simple
Limite fréquentielle - 1 GHz Circuit PCB
spécifique
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Susceptibilité perturbation conduite
BCI Bulk current injection
Agression sur N port localisés en production
lt 1 GHz
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Susceptibilité perturbation conduite
WBFC Work Bench Faraday Cage
Mesure en configuration réelle
Interférence de mode commun PCB spécifique
1 GHz
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Susceptibilité perturbation rayonnée
Cellule TEM
Agression globale
1 GHz
Circuit spécifique Couplage faible
GTEM
10 GHz
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Susceptibilité perturbation rayonnée
Scan champ proche
Plusieurs GHz
Caractérisation des sondes
Couplage faible
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Principe
Caractérisation des différents éléments dans la
chaîne de mesure
Connaissance de puissance en tout point
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Travaux
Comparaison entre méthodes
ICs electromagnetic susceptibility comparison
between a near field injection method and a
direct injection method- D. Castagnet, A.
Meresse, G. Duchamp ICONIC Saint-Louis - juin
2007
Susceptibilité Injection Champ proche
Susceptibilité Injection directe
Evaluation des méthodes
 Direct Power Injection Immunity measurements at
frequencies above 1GHz  S. Bunt and al. EMC
Europe 2006
Résultats dimmunité de 0.8 à 4.2 GHz
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Travaux
Etude de composants
 Near field scan immunity measurement with RF
continuous waves  A. Boyer, S. Bendhio, E.
Sicard EMC Europe 2006
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Modélisation
Nécessité - Priorité
Modèles Utilisation modèles développés
notamment en émissivité IBIS (I/O buffer
Information Specification) ICEM (Integrated
circuit electromagnetic model) Couplé à des
logiciels de type  circuit (Spice,
ADS) Extansion à limmunité simulation
électrique
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Travaux
Perturbation entre circuit
 Radiation immunity of RF receiver Located on
the same PCB with microcontroller  L.Roy, N.
Hojjat, O. Maurice, E. Sicard EMC Europe 2006
Modèle de couplage perturbation/ circuit
 Near-field EMC study to improve electronic
component reliability G. Duchamp, D.
Castagnet, A. Meresse Microelectronics
reliability oct. 2007
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Travaux
Modélisation globale
 A Near Field Injection Model for Susceptibility
Prediction in Integrated Circuit  A. Alaeldine,
A. Boyer, R. Perdriau, M. Ramdani, E. Sicard, M.
Drissi ICONIC 2007
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Travaux
Utilisation de technique  réseaux de neurones 
 Using Neural Networks for Predicting the
Integrated Circuits Susceptibility to Conducted
Electromagnetic Disturbances  I. Chahine and
al, EMC Zurich 2007
 Compatibilité électromagnétique. Des moyens
dessais à la modélisation de composants
électroniques  HDR A. Louis - 2006
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Fiabilité et Conception de composants
 compatibles 
Tests de qualification / tests de fiabilité
adaptés ?
Profil de mission sous contraintes EM Règles
de conception Choix technologiques/Robustesse
Approche fiabilité intégrée
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Fiabilité Prévisionnelle et opérationelle

• Tests accélérés (Qualification / vieillissement)
• En conception
• Simulation physique (FEM)
• WLR (SoC)
• En test
• Simulation statistique
• Indicateurs de dégradation
• En utilisation
• Circuits autotesteurs (TSMD)
• Circuits  intelligents 

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Evaluation de la fiabilité

• Tests de qualification
• Drop tests
• CEM
• HAST, PCT
• Pertinence sur des structures complexes ?
• Tests de vieillissement accéléré
• Intensités des contraintes
• Contraintes spécifiques

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Modélisation / Fiabilité
Simulateur électrique
Simulation physique Basée sur La structure
du composant (données technologiques, données
matériau) Les lois physiques (électromagnétisme,
équations de mouvement, thermique) Méthode de
calcul éléments finis (maillage)
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Principe de la simulation statistique
Statistiques pauvres ( taille déchantillon
jamais suffisant durée dobservation trop
courte)

•  enrichissement  possible par
• - suivi de dégradation
• extrapolation dans le temps
• (défaillance définie à partir dun critère
  arbitraire)
• - caractéristiques statistiques du lot sous test
• Tirage aléatoire dun échantillon virtuel
  représentatif

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Effets des dispersions technologiques

• Procédés de fabrication plus critiques ?
  distribution des paramètres technologiques
• -gt distribution de durée de vie

Couplage simulation physique simulation
statistique
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Nouvelles approches et enjeux
Développement des procédés de fabrication et
construction de la fiabilité conjoints
Paramètres adaptés aux nouveaux matériaux (
températures, permittivité diélectrique) Effets
accrus des dispersions technologiques (
Empilements, dimensions ) Des outils existent
déjà Tests Approche par la physique de
dégradation Apport des outils de simulation
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MERCI