Le travail développé dans cette thèse présente une nouvelle structure discoïde à bobinages inducteur et induit fixes dans l'entrefer. La conception du bobinage du type circuit imprimé est détaillée ainsi que le développement d'un nouvel outil fondé sur l'utilisation des perméances superficielles utile à la modélisation . Un autopilotage simplifié, à partir d'un capteur délivrant une impulsion par tour est proposé. Enfin, une démarche générale d'optimisation pour un fonctionnement à pertes minimales des ensembles convertisseurs machines synchrone est présentée, incluant paramètres de commande et paramètres géométriques.

Ce mémoire présente un outil d'aide à la décision qui permet aux décideurs des entreprises oeuvrant dans le domaine de l'assemblage des cartes électroniques et plus spécialement celles qui oeuvrent dans la niche "Grande variété, faible volume" de choisir la technologie et le type d'aménagement des ressources sur leurs planchers de production, s'adaptant, le mieux, à leur contexte de travail. Dans le cadre d'une étude de cas, trois alternatives sont approchées soit, l'alternative 1 où nous gardons en place l'aménagement actuel des ressources sur le plancher et nous remplaçons le type de technologie existant par un autre plus adéquat, l'alternative 2 où nous gardons en place la technologie actuelle et nous changeons l'aménagement existant, et finalement l'alternative 3 où nous changeons la technologie et l'aménagement actuels. Dans le cadre des alternatives 2 et 3, nous proposons des aménagements découlant des six organisations de production suivantes: "Fonction", "Produit", "Cellulaire", "Fractale", "Holographique", et "Réseau". Chaque aménagement conçu est évalué selon des mesures de performance se résumant dans la flexibilité, la qualité, la productivité, les flux de production, le temps de passage, les temps de réglage, et autres mesures jugées pertinentes. Une analyse multicritère, concrétisée par l'analyse AHP, est mise en application afin de choisir l'aménagement s'adaptant, le mieux, à notre cas d'étude et par extrapolation aux entreprises oeuvrant dans la niche "Grande variété, faible volume" de l'industrie d'assemblage des cartes électroniques. En outre, une analyse de sensibilité est mise en oeuvre en vue de tester la robustesse de notre choix final. Les outils informatiques utilisés dans cette présente étude sont: le logiciel "Weblayout" dans lequel nous concevons et nous simulons les scénarios de la demande, le chiffrier électronique "Excel" dans lequel nous effectuons certains calculs, et enfin le logiciel "Expert Choice" dans lequel nous mettons en application l'analyse AHP ainsi que l'analyse de sensibilité. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Aménagements, Assemblage de cartes électroniques PCBA, Grande variété faible volume, Analyse multicritère AHP.

Cette étude est consacrée au développement d'outils logiciels dédiés à la Conception Assistée par Ordinateur des convertisseurs statiques non isolés, prenant en compte les aspects de compatibilité électromagnétique.<br />Nous présentons d'une part les modèles de composants silicium utilisés et d'autre part notre contribution à la modélisation du circuit imprimé et au développement des outils logiciels associés, dans l'objectif de parvenir à la constitution de modèles " Circuit ". Les modèles de composants actifs sont adaptés aux contraintes propres à la simulation en C.E.M. La modélisation du circuit imprimé est basée sur la méthode des fils-fins, méthode monodimensionnelle issue de la théorie des lignes. Enfin, un outil logiciel permet de constituer la librairie SPICE des différents segments de piste imprimé, qu'ils soient couplés ou non. Le modèle électrique complet du convertisseur ainsi obtenu permet de simuler et d'étudier sous SPICE son comportement électrique et CEM.<br />La bonne concordance obtenue entre les résultats mesurés et simulés, tant de l'admittance présentée par le circuit imprimé que des spectres des courants de perturbations conduites, permet de valider cette approche de modélisation, ainsi que la démarche d'étude des perturbations conduites dans un convertisseur non isolé..

Cette thèse, qui s'intègre dans le cadre du projet européen EMCOMIT, a pour objectif de contribuer à l'étude des circuits imprimés haute densité d'intégration comportant un nombre de couches important et des composants enterrés. La qualification de cette technologie est effectuée en conduisant des simulations et des mesures électriques sur des véhicules de tests spécifiques. L'analyse des résultats électriques permet d'évaluer l'aptitude de ces matériaux à répondre aux exigences des applications de télécommunication et de technologie de l'information rapide. La fiabilité d'un assemblage de BGA de grande taille sur un circuit imprimé a été évaluée. Des simulations thermomécaniques ont été effectuées afin de calculer les contraintes résiduelles accumulées pendant le procédé d'assemblage puis l'énergie dépensée dans les parties critiques des joints au cours d'un cycle thermique. Simultanément, des BGA reportés sur des circuits imprimés ont été placés dans une chambre climatique et ont subi des variations de températures.

L’objectif de cette thèse est de concevoir un réseau réflecteur à dépointage électronique à 20 GHz pour des applications de communication avec des drones (Unmanned Aerial System). Le principe de fonctionnement des réseaux réflecteurs est similaire à celui d’une antenne parabolique. La principale différence concerne la forme du réflecteur. En effet les panneaux des réseaux réflecteurs sont plans contrairement à la parabole. Le panneau réflecteur se compose de cellules élémentaires qui sont utilisées pour contrôler la phase réfléchie de l’onde d’incidente. Le contrôle de la phase au niveau de la cellule élémentaire nous permet de focaliser le diagramme de rayonnement dans la direction souhaitée. Dans cette thèse, la solution retenue est l’utilisation de diodes PIN. Cette dernière a fait l’objet de nombreuses études que ce soit au niveau laboratoire mais également industriel et possède des atouts intéressant en terme de performance et de coût. L'étude montre que d'avoir un niveau de correction élevée ne garantit pas la meilleure performance parce qu'il faut aussi considérer les pertes dans l'élément actif lui-même (dans notre cas, il s’agit des pertes dans les diodes PIN). Dans l’avenir, il serait nécessaire de modifier la position de la diode afin de rendre la fabrication plus aisée. Dans ce cas il faudra retravailler sur les lignes de polarisation et aussi les géométries du stub et des vias. Il sera peut-être nécessaire de déplacer la diode à l'extérieur du substrat en face l'arrière de la cellule par exemple. Quand les réseaux réflecteurs seront fabriqués, ils pourront être directement testés avec le contrôleur de diode fabriqué. / The objective of this project is to design and fabricate a reconfigurable reflectarray with beam scanning capability at 20 GHz for unmanned aerial system (UAS) communication link. Reflectarray is a type of antenna that shares similar functionality to parabolic reflector antenna. The main difference is the physical and geometry appearance of the antenna where reflectarray has flat reflecting panel instead of parabolic reflector. The reflecting panel consists of elementary cell, which is used to control the reflected phase of the incident wave. By controlling the reflected phase on each elementary cell, the radiation pattern of the antenna can be focused to any desired direction. PIN diode technology is chosen as the preferred solution in the context of this project because it is already proven working in the industry and research fields. In house reflectarray simulator has been developed from the simulation, having high correction order will not necessarily improve the performance because the loss inside in active element must also be considered. In the short-term period, the modification on the elementary cell diode polarization line will enable the reflectarray to be fabricated and measured because the current design cannot be fabricated by the manufacturer contrary to their first statement due to position of the diode in the middle of substrates. The modification requires the p-i-n diode to be moved at the backside of the elementary cell and some geometry adjustments are needed for the phase delay line and the via. Once the reflectarray is fabricated, it can be tested directly with the diode controller that is already validated and shown to be working well.

Cette thèse, qui s’intègre dans le cadre du projet européen EMCOMIT, a pour objectif de contribuer à l’étude des circuits imprimés haute densité d’intégration comportant un nombre de couches important et des composants enterrés. La qualification de cette technologie est effectuée en conduisant des simulations et des mesures électriques sur des véhicules de tests spécifiques. L’analyse des résultats électriques permet d’évaluer l’aptitude de ces matériaux à répondre aux exigences des applications de télécommunication et de technologie de l’information rapide. La fiabilité d’un assemblage de BGA de grande taille sur un circuit imprimé a été évaluée. Des simulations thermomécaniques ont été effectuées afin de calculer les contraintes résiduelles accumulées pendant le procédé d’assemblage puis l’énergie dépensée dans les parties critiques des joints au cours d’un cycle thermique. Simultanément, des BGA reportés sur des circuits imprimés ont été placés dans une chambre climatique et ont subi des variations de températures. / This thesis, which is part of the European EMCOMIT project, aims at contributing to the study of high density printed circuit board including a great number of internal layers and embedded components. The qualification of this technology is done by the way of simulations and electrical measurements on specific test vehicles. The electrical results allow estimating the performance of materials for telecommunication applications and speed data transfer. The reliability of the assembly of the large BGA on a printed circuit board has been evaluated. Thermomechanical simulations have been done in order to compute residual stresses stored during the assembly process and the deformation energy density in the solder joints during one thermal cycle. Simultaneously BGA soldered on printed circuits have been positioned in climatic chamber and have been subjected to temperature variations.

L'étude des différents phénomènes d'Intégrité de Signal (IS) a nécessité la mise en oeuvre d'un véhicule de test (VT) spécifique, conçu suivant des contraintes industrielles. La carte réalisée présente un environnement complexe avec des zones à haute densité d'interconnexions (HDI) et permet d'étudier l'ensemble des phénomènes IS. Une première partie a permis d'étudier les variations sur l'impédance caractéristique des pistes provoquées d'une part par le procédé de fabrication et d'autre part par les contraintes d'un routage HDI. L'impact de ces désadaptations a ensuite été quantifié. L'étude de la diaphonie a nécessité la mise en place d'un modèle de simulation simplifié pour valider la méthodologie utilisée par l'outil d'analyse de la suite Cadence. Les simulations ont ensuite été confrontées aux résultats de mesures pour étudier la validité de l'outil et pour définir la configuration à mettre en oeuvre, afin que les simulations soient représentatives des signaux réels. Une dernière partie est consacrée à l'étude de l'intégrité des alimentations. Les résultats de simulations issus de l'outil Power Integrity sont comparés aux résultats de mesures effectuées sur le VT en utilisant un VNA. Le réseau de découplage est caractérisé par son impédance dans une analyse fréquentielle. Nous avons étudié la caractérisation des plans d'alimentations, des modèles de condensateur ainsi que les inductances parasites introduites par le placement et le routage. Enfin, une étude a été effectuée pour optimiser le placement des condensateurs de découplage sur le circuit imprimé tout en limitant l'apparition d'inductances parasites.

Cette thèse porte sur la caractérisation, la modélisation et l'analyse des phénomènes de "Pulling" et de "Pushing" dans les systèmes de boucles à verrouillage de phase (PLL), utilisant une approche globale où les effets de couplages électromagnétiques aux différents niveaux d'intégration (niveau puce, niveau assemblage, niveau report sur PCB) sont pris en compte de manière distribuée. L'approche de modélisation adopte une méthodologie hybride où l'analyse des couplages électromagnétiques combinée à des schémas équivalents large-bande (compatibles avec les modèles de composants actifs disponibles dans les librairies) est couplée à des représentations comportementales dynamiques. Les représentations comportementales développées permettent de capturer des effets de non-linéarités tant au niveau composant (caractéristique non-linéaire des Varicap en fonction des tensions de contrôle) qu'au niveau block de fonction (gain KVCO non uniforme de l'oscillateur contrôlé en tension (VCO) en fonction de la fréquence).Cette méthodologie hybride permet l'évaluation d'effets compétitifs résultant de phénomènes de "pulling" et de "Pushing" au niveau de la puce (influence de la PLL, effets de l'amplificateur de puissance, intégrité des alimentations ou distribution des références de masse, etc.) , et des distorsions induites par des éléments extérieurs à la puce (exemple de composants sur PCB : Filtre SAW, capacités de découplages, réseaux d'adaptation).L'approche proposée est utilisée pour l'étude et la conception de deux types de circuits développés par NXP-semi-conducteurs pour des applications liées à la sécurité automobile (PLL fonctionnant aux alentours de 1.736GHz) et à la réception satellitaire (PLL de faible consommation fonctionnant à 9.75/10.6 GHz pour les circuits LNB).Les résultats de modélisation obtenus sont validés par corrélations avec les données expérimentales et par comparaison avec les résultats obtenus de différents outils (ADS Harmonic- Balance/Transient de Agilent, Spectre de Cadence

Les travaux présentés dans ce manuscrit traitent de l’enfouissement dans un circuit imprimé de convertisseurs de puissance, paradigme visant l’insertion de composants électroniques au sein du circuit imprimé.Une structure simple et économique de composant inductif enfoui, pouvant être employé comme inductance, coupleur, ou résonateur monolithique, est tout d’abord décrite. Un modèle analytique complet est développé. Des prototypes sont réalisés, validant le modèle et démontrant l’intérêt de la topologie.L’agencement des composants de puissance constituant une cellule de commutation est ensuite étudié. En particulier, un modèle analytique permettant une compréhension intuitive des mécanismes oscillatoires dans le cadre de l’emploi de transistors rapides est décrit.Une technique de reprise de contact de face avant pour puce enfouie, basée sur un morceau de mousse pressée, est proposée. Une étude préliminaire, à forte composante expérimentale, est présentée. Elle démontre que certains prototypes enfouis présentent des caractéristiques électriques et une fiabilité similaires à celles obtenus avec des fils de bonding.Enfin, les résultats de l’étude sur l’agencement des composants d’une cellule de commutation sont appliqués pour concevoir et réaliser un hacheur basé sur des transistors SiC connectés par mousse pressée. La structure délivre 3 kW sous 600 V en continu, démontrant la viabilité du procédé de reprise de contact proposé. / This thesis deals with Printed-Circuit Board (PCB) embedding of power converters, paradigm according to which electronic components are placed within the substrate itself.First, a simple and economical structure of inductive component, which can be used either as an inductor, a coupler, or a monolithic resonator, is described. A comprehensive analytical model is developed. Prototypes are manufactured, validating the analytical model and highlighting the value of the topology.The arrangement of the power components of a switching cell is then studied. In particular, an analytical model offering an intuitive understanding of the oscillation mechanisms in cells using fast transistors is proposed.A simple and economical top-side connection technic for PCB-embedded power dies using a pressed piece of metal foam is described. A preliminary study, with strong experimental component, is proposed. It shows that the embedded prototypes have electrical performances and a reliability close to that of wire-bonded dies.Finally, the results from the study on the arrangement of the components of a switching cell are used to design and manufacture a chopper based on SiC transistors connected using a piece of pressed metal foam. This chopper proved to be able to continuously deliver 3 kW under 600 V to a load, thereby validating the proposed top-side connection technic.

Les énergies fossiles (Pétrole, Charbon, …) représentent 80 % des énergies consommés. Malheureusement pour l’environnement, elles sont les plus polluantes. Le remplacement actuel des énergies fossiles permet au marché de l’électronique de puissance de grandir d’année en année. L’électronique de puissance permet d’adapter l’énergie électrique à son utilisation finale. Dans la pratique, l’adaptation de l’énergie électrique utilise des convertisseurs. En plus de respecter le volume, l’efficacité et la fiabilité imposés par le cahier des charges pour chaque application, l’électronique de puissance doit aussi permettre de réduire sensiblement les coûts. Le convertisseur doit assurer le fonctionnement électrique du circuit, le support mécanique des composants et la gestion thermique. Le package utilisé par les nouveaux composants à grand gap limite leurs performances. L’intégration des convertisseurs doit développer des méthodes d’interconnexion permettant d’éliminer ce package. L’objectif de la recherche sur l’intégration des convertisseurs est de repousser les limites imposées par un cahier des charges standard tout en assurant ces 3 fonctions principales. Parmi les nombreuses techniques d’intégration, le circuit imprimé (PCB) est mature industriellement, permet la fabrication collective et un assemblage automatisé. L’intégration utilisant le PCB a développé la technique d’enfouissement de puce avec laquelle la puce est directement enfouie dans le PCB sans son package. Cette thèse va étudier la méthode d’enfouissement pour les autres composants nécessaires à la réalisation d’un convertisseur (Condensateurs, Composants Magnétiques). Une optimisation du convertisseur qui doit être réalisé permet de prendre en compte les avantages de cette nouvelle technologie. Un prototype de convertisseur intégré a été réalisé avec des composants utilisant cette technologie. / With the endangering of the environment due to the use of fossil fuels, the power electronics market is growing through the years. The number of applications is increasing in numerous field as, for example, transport (electric car, "more electric" aircraft) or energy (photovoltaic, smart grid). Beyond meeting the volume, efficiency and reliability specifications for each application, power electronics should also reduce substantially costs. Today, the managing of the electric energy uses power electronic converters. The conception of a converter is a multiphysic problem. The converter has to ensure electrical functionality, mechanical support and proper thermal management.The new wide-band gap components are limited in performance by their package. The integration of a converter should use new interconnection methods to avoid the use of packaged components. The trend is to integrate the maximum of components into a single system. This integration can offer benefits such as size and weight reduction, cost saving and reliability improvement by managing the complexity and the high density of interconnection. Among many integration technologies available, Printed Circuit Board (PCB) is well known in the industry, allowing mass production with automated manufacturing and assembly. The PCB integration was developed with the “Die Embedding” technology in which a bare die in embedded directly in the PCB to not use package. This thesis studied the embedding technology on others components necessary to the realization of a converter (Capacitors, Magnetics, …). An optimization of the converter is done taking into account the advantages of this new technology. A prototype of an AC/DC bidirectional converter fully integrated using this technology was realized.