Optimisation et réalisation d’un package pour MEMS RF

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Optimisation et réalisation d’un package pour MEMS RF
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Financement organisme (CNRS, DGA, ESA, CNES, ADEME, …)
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Physique
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
Laboratoire Xlim – UMR CNRS 7252 – 123 Av Albert Thomas, 87060 LIMOGES
Date Limite de candidature : 15/06/2013
Laboratoire d’accueil : XLIM/MINACOM

Présentation de l’équipe de recherche
Le département MINACOM regroupe 31 permanents et 45 doctorants et est organisé autour de trois équipes étroitement liées: MINT, OPTOPLAST et MACAO. Les travaux se dérouleront dans l’équipe MIcro et Nano structures pour les Télécoms (MINT) qui développe de nouvelles technologies permettant la micro fabrication de composants comme les MEMS et l’intégration de matériaux innovants pour des applications dans le domaine des microondes, de l’optique et de la biologie.

Résumé de la thèse en français
Aux Etats-Unis, la société Nuvotronics propose de réaliser des circuits imprimés en 3D, de précision micronique, en utilisant un procédé de fabrication spécifique, appelé Polystrata. Ce procédé a fait l’objet d’une étude interne dans la société Thales Alenia Space dans le cadre d’un stage d’élève ingénieur en dernière année. Les résultats obtenus ont permis de démontrer tout le potentiel de cette technologie pour la réalisation de composants passifs intégrés à très faibles pertes. En collaboration avec le laboratoire XLIM, l’objet de la thèse sera de dimensionner puis de réaliser plusieurs démonstrateurs de circuits passifs millimétriques à l’aide d’un procédé de technologie 3D similaire. Parmi les nombreux circuits qui sont réalisables grâce à cette technologie, nous nous focaliserons sur deux aspects principaux:
L’interface entre ces circuits suspendus et les composants actifs (MMIC/Transistors)
La réalisation de transitions entre le circuit actif et les circuits micro-coaxiaux passera par une optimisation électromagnétique de ces circuits, puis par leur validation grâce à un prototypage puis aux mesures correspondantes.
La réalisation de circuits de filtrage fort Q et faibles pertes grâce à cette technologie.
Ensuite, la réalisation d’un filtre passe bande permettra de valider la pertinence de cette approche par rapport à des circuits classiques. Le doctorant pourra comparer les coefficients de surtension obtenus en simulation EM aux mesures obtenues, et ensuite observer les performances obtenues par rapport à des circuits classiques.

Résumé de la thèse en anglais
In the United States, the company Nuvotronics offers to make 3D printed circuits, with micron-range accuracy, using a specific manufacturing process, called Polystrata. This process has been the subject of an internal study in Thales Alenia Space. The results demonstrated the potential of this technology for the realization of integrated passive components with very low losses. In collaboration with the laboratory XLIM, the purpose of the thesis is to size and then fabricate several demonstrators of millimeter passive circuits using a similar 3D technology.
Among the many circuits that are achievable with this technology, we willfocus on two main aspects:
The interface between these circuits suspended and active components (MMIC / Transistors)
The embodiment of transitions between the active circuit and the micro-coaxial circuits pass through an optimization of the electromagnetic circuits and their validation by means of a prototyping and the corresponding measures. Achieving strong Q filter circuits and low loss using this technology.
Then the realization of a bandpass filter will validate the relevance of this approach compared to conventional circuits. The PhD student will compare the Q factor obtained by EM simulation to the measurements obtained, and then observe the performance achieved compared to conventional circuits.

Description complète du sujet de thèse
L’encombrement du spectre électromagnétique lié au développement des communications à haut débit sécurisées entraine une montée en fréquence des systèmes micro-ondes spatiaux. Pour préparer les besoins futurs, on assiste à un développement rapide de têtes d’émission réception dans les bandes millimétriques au delà de 30 GHz (bande Q-V).
Néanmoins, assurer la réalisation reproductible de circuits passifs au delà de 30GHz est compliqué par le couplage accru entre les différents éléments, et les tolérances mécaniques très faibles. Ainsi, les avancées récentes dans le domaine des technologies de micro fabrication ont un potentiel très important pour la réalisation de circuits micro-ondes à faibles pertes. En effet, la réalisation de circuits 3D sur des substrats classiques permet d’isoler les différentes parties entre elles, en intégrant un blindage localisé. Les circuits réalisés sont suspendus à la surface d’un substrat céramique, et sont directement intégrables dans un sous-système micro-ondes.
Aux Etats-Unis, la société Nuvotronics propose de réaliser des circuits de ce type en utilisant un procédé de fabrication spécifique, appelé Polystrata. Ce procédé a fait l’objet d’une étude interne dans la société Thales Alenia Space dans le cadre d’un stage d’élève ingénieur en dernière année. Les résultats obtenus ont permis de démontrer tout le potentiel de cette technologie pour la réalisation de composants passifs intégrés à très faibles pertes. En collaboration avec le laboratoire XLIM, l’objet de la thèse sera de dimensionner puis de réaliser plusieurs démonstrateurs de circuits passifs millimétriques à l’aide d’un procédé de technologie 3D similaire.
En reprenant les structures développées par Nuvotronics, le doctorant développera des composants aux caractéristiques proches en utilisant les briques technologiques de base disponibles au laboratoire. En particulier, l’expérience acquise dans le domaine des micro-switch sera très utile pour la réalisation de structures suspendues en surface substrats en utilisant des couches sacrifiées appropriées. Ensuite, l’expérience accumulée sur la conception de circuits passifs à l’aide d’outils de simulations électromagnétiques 3D permettra de dimensionner efficacement les différents démonstrateurs envisagés. Leur réalisation s’appuiera sur les moyens disponibles dans la centrale de technologie du laboratoire.
Parmi les nombreux circuits qui sont réalisable grâce à cette technologie, nous nous focaliserons sur deux aspects principaux:
– L’interface entre ces circuits suspendus et les composants actifs (MMIC/Transistors)
La réalisation de transitions entre le circuit actif et les circuits micro-coaxiaux passera par une optimisation électromagnétique de ces circuits, puis par leur validation grâce à un prototypage puis aux mesures correspondantes.
– La réalisation de circuits de filtrage fort Q et faibles pertes grâce à cette technologie
Ensuite, la réalisation d’un filtre passe bande permettra de valider la pertinence de cette approche par rapport à des circuits classiques. Le doctorant pourra comparer les coefficients de surtension obtenus en simulation EM aux mesures obtenues, et ensuite observer les performances obtenues par rapport à des circuits classiques.

Références:
http://nuvotronics.com/

Objectifs scientifiques de la thèse
Analyse, conception, réalisation et mesure de micro composants en technologie 3D pour les systèmes de télécommunication.

Compétences à l’issue de la thèse
A l’issue de la thèse, le docteur formé aura des compétences en en fabrication de composants 3D en salle blanche, en mesure de dispositifs passifs dans le domaine micro-ondes et en fiabilité des composants microélectroniques..

Mots clés (séparés par des virgules)
Hyperfréquences microtechnologies
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : OUI

Expérience/profil souhaité(e)
bac+5 (Master 2 ou ingénieur) en électronique des hautes fréquences

Modalité de dépôt des candidatures
CV + Lettre de Motivation

Directeur de thèse
Pierre Blondy
Adresse mail du directeur de thèse : pblondy@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 0555457263

Co-directeur de thèse
Claire Dalmay
Matthieu Chatras
Adresse mail du co-directeur de thèse : claire.dalmay@xlim.fr
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : NON
Thèse pour Action transverse : NON

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