L’intégration hétérogène de circuits électroniques sur un interposeur silicium offre de nouvelles perspectives dans l’élaboration de systèmes complexes pour les applications nécessitant de grandes bande-passantes. L’assemblage vertical de puces à très haute densité sur cette plate-forme silicium de grande taille pose néanmoins d’importants défis technologiques. Le cœur de cette étude se concentre plus particulièrement sur les problématiques thermo-mécaniques qui affectent le processus de fabrication de l’interposeur à de multiples échelles. À l’échelle macroscopique, la courbure importante découlant des contraintes dans les couches diélectriques minces complexifie l’assemblage. La caractérisation de ces déformations par une technique de "shadow moiré" sert à définir et valider une solution de compensation de la courbure via le dépôt de diélectriques en face arrière. Une stratégie de mesure des contraintes mésoscopiques par des capteurs de contraintes en rosette est ensuite déployée. L’étude montre l’adéquation des capteurs piézorésistifs pour la mesure des interactions puces-puces dans les assemblages de circuits tridimensionnels. Enfin, les contraintes thermomécaniques microscopiques induites par les vias de cuivre traversant l’interposeur sont cartographiées à grande échelle par nano-diffraction d’un rayonnement synchrotron. Ces mesures débouchent sur l’élaboration d’un modèle numérique prédictif et l’estimation des variations de mobilité des porteurs de charge autour des vias. Les principales barrières à l’adoption de l’interposeur ont été finalement identifiées et un panel d’outils a été développé afin de garantir une faisabilité de réalisation de futurs prototypes. / The heterogeneous integration of microelectronic chips on a silicon interposer offers new perspectives in the manufacturing of complex systems for high bandwidths applications. However, the high density vertical assembly of several chips on this silicon platform has proven to be technologically challenging. This study is especially focused on the thermo-mechanical issues which affect the manufacturing of the interposer at multiple scales. At macroscopic scale, the high curvature of the die, induced by stress in thin films, has a negative impact on various assembly processes. By using a thermal shadow moiré technique, the characterization of the thermo-mechanical deformations aims to define and validate a strategy of curvature compensation through the deposition of thin dielectric layers on the back-side of the die. The integration of stress sensors to depict the mesoscopic local stress in 3D assemblies is then investigated. The study demonstrates the ability of piezoresistive based sensors to measure chip/package interactions in a typical interposer assembly flow. Eventually, the thermo-mechanical stress at microscopic scale induced by the copper through silicon vias in a silicon interposer are mapped thanks to a nanodiffraction technique using synchrotron radiation. Corresponding experimental investigations allow to validate a predictive numerical model and estimate the mobility variations of charge carriers in silicon around the vias. Eventually, the main barriers to silicon interposer adoption have been identified and several tools were developed to ensure the feasibility of future prototypes.

La technologie planar est très intéressante pour les transformateurs utilisés dans les équipements aéronautiques car elle mène à des composants minces et utilisables dans des espaces confinés. Malheureusement, le dimensionnement des transformateurs de ce type, lorsqu'ils fonctionnent au-delà de 100 kHz, est un travail aléatoire car les règles et les outils de conception ne sont pas les mêmes que pour un transformateur bobiné classique.<br />Au long de ce mémoire, on apprend à représenter ces composants par un circuit équivalent et à identifier ce circuit équivalent par des mesures d'impédances. Compte tenu du grand nombre de paramètres ajustables, l'optimisation d'un tel transformateur serait compromise s'il fallait compter sur des simulations à éléments finis pour déduire les éléments du circuit équivalent. C'est pourquoi nous essayons de déduire, par des moyens analytiques, les éléments de ce circuit en partant des caractéristiques physiques et géométriques du composant. Le but est atteint pour tous les éléments du transformateur de fuites obtenus à l'aide d'un calcul original exploitant les formules de la méthode PEEC. <br />Nous étudions ensuite les problèmes posés par la mise en parallèle de spires, inévitable lorsqu'on veut faire circuler des centaines d'Ampères. Une approche analytique simple s'avère alors très efficace et, grâce à elle, la meilleure disposition des spires peut être recherchée à l'aide d'un logiciel de simulation de circuits de type PSpice.<br />Enfin, diverses solutions sont envisagées et testées par simulation fem pour réduire les pertes par courants induits dans les transformateurs et dans les conducteurs méplats. Le développement multipolaire du champ magnétique est largement mis à contribution pour mener ces études.

Cette étude a consisté à caractériser l'influence de la plasticité sur les formes de cloques observées à la surface des films minces déposés sur substrat à l'aide de simulations par éléments finis. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à l'influence que peut avoir la plasticité du film sur les morphologies observées expérimentalement sur la surface de films d'or. Les simulations ont ainsi permis de caractériser la déstabilisation d'une cloque circulaire sous l'effet d'une surpression exercée sur la surface extérieure du film, menant à la formation de cloques en forme de «donut» et «croissant». Pour ce faire, un modèle 3D incluant une loi élasto-plastique a d'abord été considéré pour décrire le cloquage d'un film ductile. Un analogue à 2D moins coûteux en ressources numériques a ensuite été utilisé en imposant une pliure plastique sur la circonférence de la cloque. Les différentes morphologies de cloques en fonction de la surpression extérieure et de la contrainte interne ont ainsi été déterminées. Un bon accord a été obtenu entre les simulations numériques et les observations expérimentales confirmant le rôle de la surpression et de la plasticité dans cette déstabilisation. Dans la seconde partie, l'effet sur la propagation des rides des marches d'interface résultant de la déformation plastique du substrat a été étudié. A partir de simulations par éléments finis intégrant un modèle de zones cohésives prenant en compte la mixité modale, l'influence de la hauteur des marches et de leur orientation par rapport à l'axe de compression, orientation liée à la cristallographie, a été caractérisé. / This study consisted to characterize the influence of plasticity on the shapes of blisters observed on the surface of thin films deposited on substrates using finite element simulations. In the first part, we looked at the possible influence of the plasticity of the film on the morphologies observed experimentally on the surface of gold films. The simulations thus enabled to characterize the destabilization of a circular blister under the effect of an overpressure exerted on the outer surface of the film, leading to the formation of croissant and donut like blisters. To do this, a 3D model including an elasto-plastic law was first considered to describe the buckling of the ductile film. A similar 2D model which is less expensive in numerical computing resources was then used by imposing a plastic folding on the circumference of the blister. The different morphologies of blisters have been then determined as a function of the external overpressure and internal stress. A good agreement was obtained between numerical simulations and experimental observations confirming the role of the overpressure and plasticity in this destabilization. In the second part, the effect on the spread of straight blisters of interface steps resulting from the plastic deformation of the substrate was investigated. From finite element simulations incorporating a cohesive zone model taking into account a modal mixity, the influence of the step heights and their orientations with respect to the compression axis, an orientation related to crystallography, was characterized.