Academic literature on the topic 'Test hyperfréquence'

Les travaux de cette thèse portent sur l’étude des solutions intégrées innovantes à bas coût destinées au test industriel RF. Après un état de l’art dans ce domaine et suite à plusieurs réalisations afin de valider le concept, un circuit complet intégré d’autotest (BIST) pour une chaine de réception satellite, fonctionnant autour de 20 GHz, a été conçu, réalisé et caractérisé. Ce circuit BIST est composé d’un générateur RF intégré, d’un circuit de couplage in situ à l’entré et d’un détecteur. Le générateur sert à injecter un signal connu à l’entrée du circuit sous test (DUT), tandis que le détecteur récupère le signal de sortie RF du DUT. Il le transforme en un signal DC, facilement mesurable. Pour relier le générateur BIST au DUT sans dégrader les performances RF de ce dernier, un coupleur de type capacitif a été placé entre ces deux circuits. Les mesures réalisées ont montré une bonne corrélation avec les simulations. Toutes deux montrent que le circuit BIST permet d’obtenir le gain et le point de compression d’ordre 1 du DUT avec une précision proche de celle des testeurs RF (± 1dB). Ceci tout en veillant à ne pas dégrader les performances du DUT. Cette méthode d’investigation proposée a pour avantage de réduire le temps de test et le coût des équipements, tout en simplifiant et uniformisant la procédure de test. Cette thèse ouvre donc des perspectives intéressantes pour le test industriel à faible cout dans le domaine très hautes fréquences en permettant de pousser plus loin les recherches dans ce domaine notamment en incluant des études et analyses statistiques
This thesis deals with the study of innovative integrated solutions for low-cost industrial RF test. After a state of the art in this field, a fully integrated BIST circuit for a satellite receiver, operating around 20 GHz, was designed, fabricated and characterized. This circuit is composed of an integrated RF generator, an in-situ coupler and a detector. The generator is used to inject a known signal at the input of the circuit under test (DUT). The detector, placed on the IF side, turns the RF output signal of the DUT on a DC one, easily measurable. To connect the BIST generator to the DUT, without degrading RF performances of the DUT, a capacitive coupler is placed between these two circuits. Measurements have shown a good correlation with simulations. Both show that the BIST circuit provides the gain and the point of compression of the DUT with an accuracy similar to that of RF testers (± 1dB) and without degrading the performances of the DUT. The advantages of this test technique are reducing test time and equipment cost, simplifying the test procedure and standardizing it. So, this thesis gives new perspectives for industrial low cost test for very high frequencies applications by allowing to further research in this field, particularly, by including statistical analyses

Ce mémoire de thèse est consacré à l’étude des méthodologies de test pour la caractérisation radiofréquence et hyperfréquence de composants microélectroniques et des systèmes intégrés. Traditionnellement, cette caractérisation s’effectue dans le domaine fréquentiel. Ce manuscrit met en évidence les atouts certains du domaine temporel bien souvent négligé. La première partie de ce document passe en revue les diverses techniques de calibrage et de suppression des éléments parasites pour la caractérisation RF sous pointes. Dans la deuxième partie, l’utilisation de la réflectométrie dans le domaine temporel (TDR) y est développée. Après un bref rappel du principe de la TDR, cette technique de caractérisation non destructive est appliquée avec succès à la détection, l’identification et la localisation de défaillances électriques dans des boîtiers complexes de circuits intégrés encapsulés ; la vérification et l’amélioration de l’intégrité du signal dans des cartes électroniques y sont également étudiées. Une approche originale de caractérisation RF, le fenêtrage dans le domaine temporel, y est également présentée. Cette méthodologie de test RF utilise les potentialités des analyseurs de réseau vectoriel modernes d’une part, et la transformée en Z d’autre part, afin de fournir des résultats dans le domaine fréquentiel après la suppression d’éléments parasites par fenêtrage dans le domaine temporel. Enfin, la dernière partie de cette thèse traite de la caractérisation RF en vue d’extraire des modèles équivalents d’éléments passifs. Cette étude montre que l’amélioration des résultats nécessite la mise en place de structures de test adaptées par des simulations électromagnétiques
This PhD dissertation is devoted to the study of test methodologies for RF and microwave characterization of microelectronics components and integrated circuits. Traditionally, this type of characterization is performed in the frequency domain. This manuscript highlights that time domain analysis should not be kept away from RF characterization flow. The first part of this paper reviews various calibration techniques and de-embedding methods for on-wafer RF and microwave characterization. In the second part, the use of time domain reflectometry (TDR) is developed. After a brief recall of TDR principle, this non-destructive testing methodology is successfully applied to detect, to identify and to localize electrical failures in complex integrated circuits packages. Then TDR is use to solve signal integrity problems in printed circuit boards (PCBs). A novel RF characterization approach, time domain gating (TDG) is also presented. Digital signal processing (DSP) permits convenient implementation of the Fast Fourier Transform (FFT) known as the chirp Z Transform in modern vector network analyzers. Thus, S-parameters parasitic elements are removed after applying the best adapted time domain gate to raw data and converting back to frequency domain. Finally, the last part of this thesis deals with RF characterization with the aim to extract RF models of passive devices. This study shows that test structures have a great impact on the measurements of an intrinsic device under test (DUT) even after de-embedding, so that to match test structures and improve their optimization, prior electromagnetic simulations are necessary. The measurements are in good agreement with simulations

De nos jours, les systèmes de communication sans fil et d'imagerie sont devenus indispensables. Ces applications, tant civiles que militaires, doivent avoir une sûreté de fonctionnement éprouvée, et ce dans tous les domaines dont celui de la compatibilité électromagnétique. Pourtant les circuits électroniques complexes au cœur de ces systèmes voient leur seuil de susceptibilité électromagnétique diminuer. Cette diminution est causée premièrement par une augmentation de la fréquence de fonctionnement des circuits et deuxièmement par la réduction de leurs tensions d'alimentation. Dans ce contexte, ce travail de thèse a pour but de mettre en avant les effets d'agressions électromagnétiques sur un système électronique hyperfréquence complexe en suivant une méthode de test. Le principe consiste à étudier chaque circuit du système indépendamment les uns des autres. Ces différents circuits sont ensuite associés pour former une boucle à verrouillage de phase (PLL). La susceptibilité du système global est alors étudiée. Pour ces études de susceptibilité, nous utilisons un banc de caractérisation électromagnétique en zone de champ proche. Les sondes à base de câbles coaxiaux sont caractérisées. Nous avons d'abord étudié l'effet d'un signal d'agression hyperfréquence sur le comportement d'une diode Schottky. Nous avons mis en évidence sur le système diode - ligne, des phénomènes de résonance sur les pistes du circuit imprimé. L'ensemble de cette étude nous sert d'approche préliminaire pour l'analyse de la susceptibilité de la boucle à verrouillage de phase. En suivant la méthodologie décrite précédemment nous avons pu montrer plusieurs effets d'agressions électromagnétiques sur des circuits électroniques actifs du type oscillateur, amplificateur et comparateur de phase. L'élaboration d'une hiérarchie de ces effets a permis de déterminer la contribution de chacun de ces circuits sur la susceptibilité électromagnétique du système PLL.

L'objectif de cette étude est de fournir de nouveaux outils dans la détection de défauts et la mesure de caractéristiques physiques du bois. Un état de l'art des techniques de contrôle non destructif applicables au bois a permis de retenir les technologies les plus adaptées tant sur le plan de leur sensibilité vis-à-vis de certaines caractéristiques du bois que vis-à-vis de leur adaptabilité en milieu industriel. Deux technologies ont été sélectionnées pour une étude approfondie: le rayonnement X, dont l'étude a abouti à un capteur original, principalement dédié à la détection de singularités dans le bois, et les micro-ondes, dont l'étude a été effectuée sur un capteur utilisant une nouvelle technique de transmission. Une analyse approfondie des interactions entre les micro-ondes et le bois a montré l'aptitude des micro-ondes à mesurer des paramètres tels que l'humidité, la masse surfacique ou la pente de fil du bois. L'exploitation du capteur linéaire micro-ondes a montré la possibilité d'accéder à la permittivité diélectrique du bois directement à partir des mesures de champ diffracte, par une méthode spatiale et par une méthode basée sur un réseau de neurones ayant l'avantage de retrouver la permittivité en temps réel. L'analyse d'échantillons de douglas et de sapin/épicéa a montré les corrélations existant entre les mesures de phase et d'atténuation d'une part, et l'humidité de la masse surfacique du bois d'autre part. L'exploitation de la bipolarisation du capteur a servi à mettre en valeur les variations relatives de pente de fil. Enfin, dans le but d'améliorer la qualité de détection des nœuds par micro-ondes, ce capteur a été couplé à une camera fonctionnant dans le domaine visible. La fusion de ces informations de nature différente a été réalisée au moyen de techniques de fusion de données basées sur des classifieurs bayesiens et flous

Les composants hyperfréquences embarqués dans des satellites utilisent actuellement l'encapsulation hermétique dans des boîtiers métalliques ou céramiques. La très forte amélioration des matériaux organiques en termes de dégazage et d'impureté ionique notamment rend possible l'utilisation de solutions quasi-hermétiques pour l'environnement spatial. Les encapsulations plastiques ouvrent des perspectives avérées de gain de dimension et de coût. La validation d'une technologie d'encapsulation repose sur la réalisation d'essais de fiabilité normatifs (1000 heures à 85°C et 85% d'humidité relative). Ces essais sont applicables quels que soient le profil de stockage de la mission, le type d'encapsulation et la technologie des composants utilisés. Les conditions de réalisation de ces essais ne sont pas clairement définies, par exemple l'application ou pas d'un fort champ électrique au niveau du composant. Or ce seul paramètre devient prépondérant lorsque les conditions sont réunies pour permettre la mise en place de phénomènes de corrosion. Ces travaux de thèse se sont axés sur la compréhension des mécanismes de défaillance mis en jeu dans des tests de vieillissement accéléré en chaleur humide. Pour cela, une méthodologie a été mise en œuvre pour établir les signatures électriques en statique de composants défaillants de deux filières technologiques de MMICs GaAs. Ces tests ont été reproduits sur des composants avec et sans encapsulation par une résine époxyde chargée silice, déposée selon le procédé dam-and-fill. Ainsi, il a été possible de distinguer les défaillances liées à la dégradation intrinsèque des composants, de l'effet protecteur ou non de l'encapsulation plastique. En parallèle, le comportement d'échantillons de résines sous différentes ambiances de chaleur humide a été testé et une modélisation a été proposée pour prédire leur prise d'humidité. Concernant l'effet de l'encapsulation par dam-and-fill, les résultats obtenus ont été contradictoires et dépendant des lots de composants. Ces résultats sont à pondérer par la taille restreinte de l'échantillonnage des files de test. En effet, pour la technologie représentative de cette étude, la présence d'une encapsulation plastique, pour un premier lot de composants, a eu tendance d'une part, à ne pas éviter ni même retarder l'apparition de fuites électriques, et d'autre part à aggraver ces dégradations, au point de mener à des défaillances dans la majorité des cas. De plus, des doutes subsistent sur la qualité de ce lot, notamment celle de la passivation. Pour un second lot de composants testés de technologie identique, il a été observé une amélioration de la résistance à l'humidité des composants encapsulés, vis-à-vis des puces nues. L'analyse de défaillance des composants encapsulés est extrêmement difficile car il faut pouvoir accéder aux défauts à la surface, voire sous la surface, du composant protégé. Une solution alternative a donc été cherchée afin de contourner les problèmes posés par la présence du matériau d'encapsulation. La nouvelle approche proposée combine la thermographie infrarouge avec la méthode du point chaud, l'imagerie en optique et l'analyse aux rayons X. Le défaut est tout d'abord localisé par la face avant, malgré la présence de la résine d'encapsulation. Ensuite, la transparence du substrat GaAs aux infrarouges permet des observations par la face arrière du composant. Une méthodologie de préparation relativement simple et rapide a pu être proposée et sa faisabilité démontrée.

Les composants hyperfréquences embarqués dans des satellites utilisent actuellement l’encapsulation hermétique dans des boîtiers métalliques ou céramiques. La très forte amélioration des matériaux organiques en termes de dégazage et d’impureté ionique notamment rend possible l’utilisation de solutions quasi-hermétiques pour l’environnement spatial. Les encapsulations plastiques ouvrent des perspectives avérées de gain de dimension et de coût. La validation d’une technologie d’encapsulation repose sur la réalisation d’essais de fiabilité normatifs (1000 heures à 85°C et 85% d’humidité relative). Ces essais sont applicables quels que soient le profil de stockage de la mission, le type d’encapsulation et la technologie des composants utilisés. Les conditions de réalisation de ces essais ne sont pas clairement définies, par exemple l’application ou pas d’un fort champ électrique au niveau du composant. Or ce seul paramètre devient prépondérant lorsque les conditions sont réunies pour permettre la mise en place de phénomènes de corrosion. Ces travaux de thèse se sont axés sur la compréhension des mécanismes de défaillance mis en jeu dans des tests de vieillissement accéléré en chaleur humide. Pour cela, une méthodologie a été mise en œuvre pour établir les signatures électriques en statique de composants défaillants de deux filières technologiques de MMICs GaAs. Ces tests ont été reproduits sur des composants avec et sans encapsulation par une résine époxyde chargée silice, déposée selon le procédé dam-and-fill. Ainsi, il a été possible de distinguer les défaillances liées à la dégradation intrinsèque des composants, de l’effet protecteur ou non de l’encapsulation plastique. En parallèle, le comportement d’échantillons de résines sous différentes ambiances de chaleur humide a été testé et une modélisation a été proposée pour prédire leur prise d’humidité. Concernant l’effet de l’encapsulation par dam-and-fill, les résultats obtenus ont été contradictoires et dépendant des lots de composants. Ces résultats sont à pondérer par la taille restreinte de l’échantillonnage des files de test. En effet, pour la technologie représentative de cette étude, la présence d’une encapsulation plastique, pour un premier lot de composants, a eu tendance d’une part, à ne pas éviter ni même retarder l’apparition de fuites électriques, et d’autre part à aggraver ces dégradations, au point de mener à des défaillances dans la majorité des cas. De plus, des doutes subsistent sur la qualité de ce lot, notamment celle de la passivation. Pour un second lot de composants testés de technologie identique, il a été observé une amélioration de la résistance à l’humidité des composants encapsulés, vis-à-vis des puces nues. L’analyse de défaillance des composants encapsulés est extrêmement difficile car il faut pouvoir accéder aux défauts à la surface, voire sous la surface, du composant protégé. Une solution alternative a donc été cherchée afin de contourner les problèmes posés par la présence du matériau d’encapsulation. La nouvelle approche proposée combine la thermographie infrarouge avec la méthode du point chaud, l’imagerie en optique et l’analyse aux rayons X. Le défaut est tout d’abord localisé par la face avant, malgré la présence de la résine d’encapsulation. Ensuite, la transparence du substrat GaAs aux infrarouges permet des observations par la face arrière du composant. Une méthodologie de préparation relativement simple et rapide a pu être proposée et sa faisabilité démontrée
Microwave devices for satellite applications are encapsulated in hermetic packages as metal or ceramic housings. The strong improvement of organic materials, especially outgassing and ionic impurity characteristics, makes it possible to use them as non-hermetic packaging solutions for space environment. Plastic encapsulations open proven gain perspectives of miniaturization and cost. The validation of an encapsulation technology is based on the achievement of standard reliability tests, typically 1000 hours at 85°C and 85% of relative humidity. Such tests are applicable regardless of the mission storage profile, devices and packaging technology. Moreover, the conditions of these tests are not clearly defined, e.g. the application or not of a strong electric field to the component. Yet this single parameter becomes dominant when the conditions are met to allow corrosion mechanisms, e.g. by the presence of condensed water and ionic contamination. This thesis focused on understanding the failure mechanisms that can occur during accelerated aging tests in high temperature and high humidity environment. For this work, a methodology has been implemented to establish DC electrical signatures of two different AsGa MMIC technologies. These tests were replicated on components with and without encapsulation by a silica-filled epoxy resin, dispensed by the dam-and-fill process. Thus, it was possible to distinguish failures due to the intrinsic degradation of the components from the effective protection or not of the plastic encapsulation. In parallel, the behavior of resin samples under different moist and heat atmospheres has been tested and a modeling was proposed to predict their moisture uptake. Concerning the effect of the dam-and-fill encapsulation technology, the results were contradictory and dependent of components batch. These results are to balance by the relatively limited size of the sampling for each test series, with and without encapsulation. Indeed, for the representative technology of this work, the presence of dam&fill encapsulation on a first batch of components has tended on one hand not to avoid nor even to delay the appearance of electric leakage, and on the other hand to aggravate these damages in the point to lead to failures in most of cases. Furthermore, doubts remain on the quality of this batch, especially regarding the passivation. For a second batch of devices with the same technology, an improvement of the humidity resistance was observed for encapsulated devices, compared to bare devices. In the failure analysis process of encapsulated devices, it is not possible to access directly to the observation of a defect at its surface. We therefore sought an alternative to overcome the problems represented by the encapsulating materials. A new approach was proposed. It combined infrared thermography method in hot spot mode, X-ray imaging and optical observations. We first located the defect from the front side of the encapsulated device. Then, the transparency of the AsGa substrate allowed infrared observations by the back side of the component. A relatively rapid and simple methodology was proposed and its feasibility demonstrated

La technologie MEMS pour les applications hyperfréquences, s'est développée depuis quelques années avec pour objectif d'améliorer les performances des circuits et dispositifs microondes. De nombreux composants ont été développés, démontrant alors une importante réduction des pertes et une plus grande linéarité que leurs principaux concurrents: les composants semi-conducteurs. Notre étude a porté donc sur la conception d'un micro-commutateur et son intégration dans des circuits microondes reconfigurables. Dans un premier temps, nous présentons dans le manuscrit un état de l'art de la technologie MEMS et des composants hyperfréquences qui en résultent. Le fonctionnement de commutateurs micromécaniques y est plus particulièrement étudié. Les principaux atouts et limitations sont également présentés avec quelques domaines d'application où ces composants peuvent contribuer à une amélioration de performances. La seconde partie de ces travaux est dédiée à la conception mécanique et électromagnétique d'un microcommutateur à contact ohmique. L'objectif de cette étude était de réaliser un composant fiable avec de bonnes performances. L'optimisation de ce composant y est présentée, validée par des performances mécaniques et électriques des dispositifs réalisés. La dernière partie de ces travaux concerne le développement de nouvelles topologies de circuits hyperfréquences reconfigurables équipés de micro-commutateurs à contact ohmique. Nous y présentons trois applications dont la conception de filtres passe-bande avec un accord discret sur une large plage de fréquences (20% et 44% d'accord). Nous montrons également comment maintenir les pertes de ces dispositifs à un faible niveau, en conservant les facteurs de qualité de ces composants reconfigurables à une valeur élevée
Since few years, the MEMS technology for microwave applications has grown up with the potential to improve the circuit and device performances. Several components have been designed and demonstrate an important reduction of loss and a higher linearity than their main counterparts: the semi-conductor components. This work investigates the MEMS switches design and their integration in tunable microwave systems. Thus, we first present a state of art of this MEMS technology and the MEMS microwave devices. The micromachined switches operation is investigated. The main advantages, drawbacks and some applications where these components could improve the performances are discussed. The second part of this work is dedicated to the mechanical and electromagnetical design of a DC contact switch. The main objective of this work was to realise a reliable component which present good performances. The switch optimisation is presented and discussed with the corresponding mechanical and electric measurements. The last part of this memory addresses the development of new switchable microwave circuit topology including DC contact micro relays. Three applications are discussed; some tunable filters are developed with a high tuning in frequency (22% for the first one and 44% for the other). We also present how to preserve the device losses to a low level, and keep high the quality factor of these systems

Les HEMT à base de nitrure de gallium sont des composants très prometteurs en termes de performances en puissance et de fréquence de travail. L'enjeu est donc de développer des technologies performantes et fiables, afin d'intégrer ces transistors aux systèmes hyperfréquences, notamment dans le domaine des télécommunications, et en milieu durci. Les travaux ont été focalisés sur l'étude de la localisation des sources de bruit en excès aux basses fréquences, et de leur évolution suite aux phases de tests de vieillissement accéléré. Les caractérisations électriques ont été réalisées sur des structures fabriquées sur quatre plaques, dont trois sont basées sur une hétérostructure AlGaN/GaN, et la quatrième sur l'hétérostructure AlInN/AlN/GaN. Les résultats obtenus ont permis de valider une méthode de modélisation des sources de bruit en 1/f, localisées dans les zones d'accès aux contacts ohmiques et dans le canal. Des tests de vieillissement accéléré sous contraintes électriques ont permis de détecter des dégradations des performances statiques et du niveau de bruit en excès. Les effets combinés de piégeage et des effets thermiques expliquent ces dégradations, la température s'en étant révélée un facteur d'accélération
The HEMT based on GaN materials are very promising, speaking of performance in power and frequency. The challenge is to develop efficient and reliable GaN based technologies, to intagrate these transistors to power microwave circuits, especially in the telecommunications field and on harsh environment. The work was focused on the study of the location of low frequency noise sources, and their evolution after accelerated life tests. The electrical characterizations were performed on structures made on four different wafers, three based on the AlGaN/GaN heterostructure, and the fourth based on the AlInN/AlN/GaN heterostructure. Thanks to the achieved results, a method for modeling 1/f noise sources, located in the channel and in the ohmic contacts access areas, has been validated. Life tests under electrical stress have been performed to detect DC and excess noise degradation. These degradations are explained by combined effects of trapping and thermal phenomena, with the temperature as an acceleration factor of degradation