Les circuits électroniques embarqués dans les systèmes évoluant au niveau spatial ou dans l'atmosphère sont soumis à des particules naturellement présentes qui peuvent provoquer une perturbation de leur fonctionnement. Le type d'effet lié à ces particules le plus souvent rencontré dans les composants logiques est le SEU. Cet effet correspond à l'inversion de l'état logique d'un élément de mémorisation. De nombreuses études ont été menées pour mettre au point des outils et méthodologies permettant de caractériser la sensibilité des mémoires (SRAM principalement) vis-à-vis de ce type d'effets. Néanmoins, avec l'augmentation importante de l'électronique embarquée et plus particulièrement, l'utilisation de composants de plus en plus complexes comme les microprocesseurs multicoeurs, il est devenu difficile, à l'aide des outils jusque là disponibles, de déterminer l'impact réel d'une erreur déclenchée dans un élément de mémorisation sur une application exécutée par le système électronique. L'utilisation des outils et méthodologies actuellement disponibles ne constituent alors qu'une approche pire cas : tous les éléments de mémorisation non protégés du composant sont comptabilisés et considérés comme sensibles, ce qui amène à considérer des marges importantes lors de l'analyse de risque de l'équipement. Une réduction importante de ces marges est possible en analysant le comportement dynamique de l'application opérée par le composant complexe. En effet, tous les éléments de mémorisation ne sont pas sensibles 100% du temps et de nombreux mécanismes de masquage peuvent faire en sorte qu'une erreur au niveau composant n'ait pas d'incidence sur l'application. Ce sujet de thèse aboutira à la mise au point d'un outil permettant de connaitre avec plus de précisions la sensibilité réelle d'une application opérée sur un microprocesseur, en vue d'optimiser les protections nécessaires et plus particulièrement, de tirer profit de l'architecture spécifique des microprocesseurs multicoeurs. Pour réaliser cette étude, les axes suivants seront investigués : - Étude de l'architecture des microprocesseurs - Utilisation des modèles de performance de processeurs - Utilisation des techniques d'émulation par FPGA - Analyse logicielle du code de l'application Des validations expérimentales sous laser et faisceau de particules seront également réalisées.

Les circuits électroniques embarqués dans les systèmes évoluant au niveau spatial ou dans l’atmosphère sont soumis à des particules naturellement présentes qui peuvent provoquer une perturbation de leur fonctionnement. Le type d’effet lié à ces particules le plus souvent rencontré dans les composants logiques est le SEU. Cet effet correspond à l’inversion de l’état logique d’un élément de mémorisation. De nombreuses études ont été menées pour mettre au point des outils et méthodologies permettant de caractériser la sensibilité des mémoires (SRAM principalement) vis-à-vis de ce type d’effets. Néanmoins, avec l’augmentation importante de l’électronique embarquée et plus particulièrement, l’utilisation de composants de plus en plus complexes comme les microprocesseurs multicoeurs, il est devenu difficile, à l’aide des outils jusque là disponibles, de déterminer l’impact réel d’une erreur déclenchée dans un élément de mémorisation sur une application exécutée par le système électronique. L’utilisation des outils et méthodologies actuellement disponibles ne constituent alors qu'une approche pire cas : tous les éléments de mémorisation non protégés du composant sont comptabilisés et considérés comme sensibles, ce qui amène à considérer des marges importantes lors de l'analyse de risque de l'équipement. Une réduction importante de ces marges est possible en analysant le comportement dynamique de l'application opérée par le composant complexe. En effet, tous les éléments de mémorisation ne sont pas sensibles 100% du temps et de nombreux mécanismes de masquage peuvent faire en sorte qu'une erreur au niveau composant n'ait pas d'incidence sur l'application. Ce sujet de thèse aboutira à la mise au point d'un outil permettant de connaitre avec plus de précisions la sensibilité réelle d'une application opérée sur un microprocesseur, en vue d'optimiser les protections nécessaires et plus particulièrement, de tirer profit de l’architecture spécifique des microprocesseurs multicoeurs. Pour réaliser cette étude, les axes suivants seront investigués : - Étude de l’architecture des microprocesseurs - Utilisation des modèles de performance de processeurs - Utilisation des techniques d’émulation par FPGA - Analyse logicielle du code de l’application Des validations expérimentales sous laser et faisceau de particules seront également réalisées. / The electronic circuits embarked on the systems evolving in the spatial level or in the atmosphere are subjected(submitted) to naturally present particles which can cause(provoke) a disturbance of their functioning. The type(chap) of effect bound(connected) to these particles most of the time met in the logical components is the SEU. This effect corresponds to the inversion of the logical state of an element of memorization. Numerous studies were led to finalize(to work out) tools and methodologies allowing to characterize the sensibility of reports(memoirs) (SRAM mainly) towards this type(chap) of effects. Nevertheless, with the important increase of the embarked electronics and more particularly, the use of more and more complex components as microprocessors multihearts, he(it) became

Les travaux réalisés traitent de la caractérisation en fatigue thermique et mécanique d’assemblages collés par colle conductrice isotrope. Issu du domaine des circuits électroniques radio fréquences à applications spatiales, l’empilement type considéré dans l’étude est constitué d’un carré d’alumine reporté de manière automatique sur un support en Kovar.L’adhésif est à base d’époxyde chargé de microparticules d’argent pour la conduction électrique et thermique du report.Les surfaces de collage de l’alumine sont polies-rectifiées et dorées pour favoriser les fonctions RF, au détriment de la tenue du collage. L’objectif principal est l’identification des mécanismes de fatigue de l’assemblage face aux sollicitations thermiques subies pendant des essais de qualification thermiques réalisés au sol, qui se veulent représentatives de celles subies en orbite pendant toute la durée de la mission. Deux axes de recherche sont privilégiés dans cette étude. D’une part, le comportement du matériau adhésif est caractérisé par des essais de fluage et des essais cyclés réalisés sur des éprouvettes de colle. Le modèle viscoplastique Two-Layers est retenu et implémenté dans un modèle éléments finis de l’assemblage. La tenue de la colle aux interfaces constitue une seconde approche de caractérisation. Une faible tenue en mode I est constatée à l’issue d’une campagne DCB. D’autre part, deux plans d’expériences portant sur la géométrie et les conditions de report des assemblages sont réalisés en parallèle d’une étude paramétrique numérique. Ces deux approches complémentaires permettent de proposer des hypothèses relatives aux mécanismes de fatigue prépondérants au sein de l’assemblage dans son environnement thermique. La tenue en fatigue des collages s’avère très dépendante du procédé automatique qui insère de nombreux défauts (porosités) à l’interface du composant. Une caractérisation en fatigue par essai mécanique est proposée comme alternative au cyclage thermique lent en étuve. Bien que l’équivalence ne soit pas complète, les résultats présentent de bonnes perspectives pour aider à la caractérisation en fatigue de l’interface entre des composants céramiques et une colle conductrice. / This subject deals with the fatigue life characterization under thermal and mechanical loads of bonded assemblies with anisotropic conductive adhesive. In the framework of radio frequency electronics for space applications, the stack of study iscomposed of an alumina square bonded onto a Kovar plate following an automatic process. The adhesive is made of anepoxy based matrix loaded with silver flakes for electrical and thermal conduction. Surfaces of adhesion are polished andcoated with gold to improve RF functions despite the reduction of adherence. The main objective is to identify the fatigue mechanisms taking place in the assembly under thermal cycling due to its orbital environment during the mission and some representative on-ground qualification tests. The study is divided into two parts. First of all, the mechanical behavior of the adhesive is completely characterized by creep and recovery tests and cycling tests performed on bulk specimens. The model of material behavior, called Two-Layers, is identified and implemented in a finite elements model of the whole assembly. The adhesive resistance at the bonding interfaces is also studied. A certain weakness in mode I is observed from a DCB campaign. Secondly, two designs of experiments on geometry and thermal conditions are performed in parallel of a numerical parametric study. These two complementary approaches allow proposing some hypothesis upon the fatigue mechanisms occurring in the assembly under thermal cycling. The fatigue resistance of bonded assemblies depends on the automatic bonding process that creates numerous defects at the component interface (as porosities). A fatigue life characterization by the help of a mechanical test is proposed as an alternative to slow thermal cycling in an oven. Although, the equivalence is not entirely proven, results are promising and can help further with the fatigue study of the interface between such ceramic components and a conductive adhesive.

Cette thèse de doctorat s’intéresse aux mécanismes d’amélioration des transferts dans des géométries de dissipateurs thermiques à plaques et ailettes. Une première partie est consacrée à l’étude d’une configuration académique à l’aide de simulations numériques visant à obtenir une amélioration du transfert de chaleur conjugué en modifiant uniquement par des découpes la forme géométrique des ailettes planes conductrices. Une analyse locale approfondie de l’écoulement et des champs thermiques a été effectuée avec notamment le principe de synergie locale, des champs de vitesse et de gradients thermiques, pour comprendre l’effet des modifications géométriques. Ce mémoire présente également le développement de dissipateurs aux performances thermo-aérauliques augmentées pour des applications de refroidissement de coffrets électronique embarqués. L’intensification des transferts thermiques est obtenue par la génération d’écoulements secondaires qui provoquent un brassage de fluide et réduisent la résistance thermique à la paroi en perturbant le développement de la couche limite thermique. Différentes configurations de dissipateurs avec deux types de générateurs d’écoulements secondaires, paires d’ailettes Delta et protrusions, ont été étudiées numériquement, en employant une modélisation de type « RANS ». Les performances thermo-aérauliques des géométries munies de générateurs de vorticité ont été comparées à celle d’un dissipateur thermique de référence « lisse ». Des prototypes ont également été fabriqués et testés sur un banc expérimental spécifiquement développé pour réaliser des mesures des performances globales en termes de puissance thermique et de pertes de charge. Les résultats expérimentaux et numériques ont été confrontés afin de qualifier les simulations réalisées. Par la suite, une étude d’optimisation employant l’analyse factorielle Taguchi a été utilisée afin d’optimiser les paramètres géométriques des dissipateurs retenus. Deux fonctions objectif ont été considérées : la maximisation du facteur de performance thermique à iso puissance de ventilation (PEC) et la réduction de la température moyenne de paroi du dissipateur par rapport au cas de référence. L’analyse des performances thermo-aérauliques globales des géométries étudiées a été complétée par une analyse qualitative locale des champs thermiques et d’écoulement notamment avec le principe de synergie. / This doctoral thesis focuses on mechanisms of heat transfer enhancement in plate and fin heat sink geometries. First part of the thesis is dedicated to study an academic configuration using numerical simulations to achieve an improvement in conjugate heat transfer by modifying only the geometrical shape (through punching) of the conductive plane fins. An in-depth local analysis of the flow and thermal fields was carried out with the local synergy principle, velocity and thermal gradients, to understand the effect of geometric modifications. This thesis also presents the development of heat sinks with increased thermo-hydraulic performance for on-board electronic box cooling applications. The intensification of the heat transfer is obtained by the generation of secondary flows which cause an intensive mixing of fluid and reduces the thermal resistance to the wall by disrupting the development of the thermal boundary layer. Different heat sink geometries with two types of secondary flow generators : delta winglet pair and protrusions were numerically studied using RANS approach. The thermo-hydraulic performances of the geometries equipped with vortex generators were compared with that of a smooth reference heat sink. The prototypes were also manufactured and tested on an experimental bench specifically designed to perform global performance measurements in terms of thermal power and pressure drops. Experimental and numerical results were compared to qualify the simulations performed. Subsequently, an optimization study using Taguchi factorial analysis was used to optimize the geometrical parameters of the chosen dissipaters. Two objective functions were considered : maximization of either iso-pumping power performance criteria (PEC) or average wall temperature of the dissipaters compared to the reference case. The global thermo-hydraulic performance analysis of the studied geometries was completed by a qualitative analysis of local flow and thermal fields, in particular with the local field synergy principle.

Aujourd'hui, les outils de lithographie utilisés dans l'industrie arrivent à leur limite de résolution en simple exposition. Pour continuer à diminuer les dimensions, il faut utiliser des techniques de double exposition, mais cela entraîne une explosion des coûts de fabrication. Cette thèse se focalise sur les aspects de modélisation de deux techniques, Sidewall Image Transfer et Directed Self-Assembly, qui sont pressenties pour permettre à l'industrie de continuer la réduction des dimensions des transistors, tout en minimisant les coûts. / Today, the lithographic tools used in industry came to their resolution limit in single patterning. In order to continue the reduction of dimensions, it is necessary to use double patterning, but this increase drastically the cost of manufacturing. This thesis focus on the modelisation aspects of two techniques, Sidewal Image Transfer and Directed Self-Assembly, that can help the industry continuing making transistors even smaller, while keeping the costs manageable.

Les composants d’électronique de puissance ont (et vont encore avoir !) eu une grande influence sur les secteurs de l'énergie et des transports. Ces pièces sont notamment constitués d’assemblages céramique –cuivre pour lesquels la tenue mécanique doit être maîtrisée afin de garantir dans le future une durabilité d’environ 30 ans sous l’action de cycles thermiques plus en plus grande. Une analyse des mécanismes de défaillance des assemblages DBC (Direct Bonding Copper) utilisés en électronique de puissance est étudiée (le délaminage le long de l’interface cuivre -céramique et/ou la rupture fragile de la céramique). Pour identifier le comportement élastoplastique du cuivre, nous avons montré qu’il est nécessaire d’utiliser une plaque de cuivre ayant subi l’ensemble des traitements thermiques liés au processus d’assemblage. Le comportement élastique fragile de la céramique est décrite dans le cadre d’une statistique de Weibull. Dès lors, une caractérisation du délaminage cuivre-céramique sous flexion quatre points a permis d’identifier un modèle cohésif pour l’interface. La calibration des paramètres cohésifs est menée en utilisant les données à deux échelles : i) macroscopique de force-déplacement ii) locale de suivi optique de la fissuration avec le déplacement imposé. L’intégrité mécanique des assemblages DBC pour différentes épaisseurs des couches de cuivre et de céramique a été étudié. Nous avons montré que les configurations avec un rapport proche de l’unité sont les plus dangereuses en engendrant un délaminage, qui se poursuit sous cyclage thermique. Ce dernier peut être notablement réduit en structurant le pourtour de la surface de cuivre avec des trous cylindriques répartis périodiquement. Ainsi, un modèle éléments finis permettant d’évaluer les assemblages les plus prometteurs en terme de durabilité a été établie. En l’absence de défauts géométrique, la couche de cuivre reste intègre, même dans le cas d’un délaminage dont le front induit une concentration de contrainte. / The power electronics components (and still will have!) have a great influence on the energy and transport sectors. These parts are made of ceramic-copper assemblies for which the mechanical strength must be controlled to ensure durability about 30 years under the thermal cycles increasingly larger. A failure mechanisms analysis in DBC (Direct Copper Bonding) assemblies used in power electronics is studied (the delamination along the interface copper - ceramic and/or the brittle ceramic fracture). To identify the elastoplastic behavior of copper, we showed that it’s necessary to use a copper plate having undergone the heat hole treatments related to the assembly process. The ceramic gragile elastic behavior is descrobed within the Weibull statictics framework. Consequently, a copper-ceramic delamination characterization under four points bending made it possible to identify a cohesive model for the interface. The cohesive calibration parameters is carried out by using the data in two scales: i) strentgh-displacement macroscopic ii) local cracking optical follow-up with imposed displacement. The mechanical integrity of DBC assemblies of different thickness of copper and ceramic has been studied. We showed that the configurations with a ratio close to the unit are most dangerous by generating a delamination, which continues under thermal cycling. This risk of delamination can be notably reduced by structuring the copper circumference surface with cylindrical holes distributed periodically. Thus, a finite elements model allowing us to evaluate the most promising assemblies in term of durability, was estabilshed. In the absence of geometrical defects, the copper layer must remains, even in the delamination case whose face induces a concentration stress.

Durant ces quarante dernières années, les Tubes à Ondes Progressives (TOP) n’ont cessé de se développer, orienté par la demande croissante des nouvelles applications (Internet Haut débit, TV HD…). Cette demande croissante en fréquence et en puissance se traduit par des problèmes d’échauffement thermique. En effet, l’augmentation de la puissance de sortie augmente la puissance dissipée. De plus, la montée en fréquence nécessite une diminution des dimensions, qui conduit tout logiquement à des densités de puissance plus importantes. Cette chaleur produite doit être évacuée par des petites surfaces de contact qui dépendent fortement du type d’assemblage. Cet échauffement thermique implique également des changements du comportement mécanique. Dans ce travail de thèse, le point principal a été l’étude du comportement des interfaces dans les tubes à ondes progressive. Il est question d’étudier les interfaces thermomécaniques produites lors de l'assemblage (frettage à chaud). L’objectif est de fournir un modèle de détermination de la température d’hélice en fonctionnement. Compte tenu des configurations de fonctionnement (Vide, haute tension, petite dimension…) une mesure directe n’est pas réalisable. Néanmoins plusieurs méthodes de mesure indirectes ont été investiguées afin de trouver la plus appropriée. Cette étude porte dans un premier temps sur les lignes de transmissions puis sur les collecteurs des TOPs. Nous avons réalisé un modèle analytique purement thermique permettant d’identifier rapidement l’impédance thermique des dispositifs. Une mesure de RTC et une coupe métallographique déterminant les surfaces de contact alimente ce modèle afin de lui donner une meilleure précision. Un modèle élément finis 2D nous permet d’identifier une pression moyenne de contact afin d’utiliser la RTC correspondante.L’impédance thermique, nous permet de trouver la température d’hélice en indiquant la puissance dissipée dans la ligne. / During these last forty years traveling Waves tubes did not stop developing directed by the increasing request of the new applications (High-speed Internet, TV HD). This increasing request in frequency and in power is translated by thermal heating problems. Indeed, the more the output power will be high, the more there will be of the dissipated power, with smaller and smaller size. This leads logically to bigger and bigger power densities. This produced heat must be evacuated by small contact areas, which depend strongly on the type of assembly. This thermal heating also involves changes of the mechanical behaviour. The principal point will be the study of the behaviour of the interfaces in traveling waves tubes. Thesis work, we study the thermal and mechanical interfaces produced during a hot shrinking. Goal of this work is to supply a numerical or analytical model of helix temperature determination with functioning. Considering the configurations of functioning (Vacuum, high-voltage, small dimension) a direct measure is not impossible. Nevertheless several indirect measure methods were investigated to find the most appropriate. This study concerns at first the transmissions lines then the collectors of TOPS. We realized an analytical thermal model allowing to identify quickly the thermal impedance of devices. A thermal contact resistance measurement and a metallographic cutting determining the contact areas feeds this model to give it a better precision. A 2D finite element allows us to identify an average pressure of contact to use the corresponding RTC. The thermal resistance, allows us to find the helix temperature by indicating the power dissipated in the line.