L'analyse de défaillances joue un rôle important dans l'amélioration des performances et de la fabrication des circuits intégrés. Des défaillances peuvent intervenir à tout moment dans la chaîne d'un produit, que ce soit au niveau conception, durant la qualification du produit, lors de la production, ou encore lors de son utilisation. Il est donc important d'étudier ces défauts dans le but d'améliorer la fiabilité des produits. De plus, avec l'augmentation de la densité et de la complexité des puces, il est de plus en plus difficile de localiser les défauts, et ce malgré l'amélioration des techniques d'analyses. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à étudier et développer une nouvelle technique d'analyse de défaillance basée sur l'étude de l'onde laser réfléchie le "Laser Voltage Imaging" (LVI) pour l'analyse de défaillance des technologies ultimes (inférieur à 45nm).

L'électricité produite par les rayonnements solaires est devenue de plus en plus onéreuse suite à de nombreuses modifications du tarif de rachat de l'électricité photovoltaïque (PV). Par conséquent, le retour sur investissement devient de plus en plus long. Afin de l'améliorer, un système de supervision peut être une solution pour limiter les pertes de productions et améliorer les performances des installations. Dans ce travail, nous nous intéressons à la réalisation, au test et à la mise en place d'un système d'acquisition de mesures d'installations solaires PV. Ainsi, ces mesures vont amener à une détection et une localisation des nombreux défauts existants. L'objectif de cette thèse est donc de réaliser un système d'information, de conduite et de supervision des installations photovoltaïques tout en respectant des contraintes économiques. Une analyse énergétique d'une installation PV a permis de s'intéresser aux pertes au niveau du générateur PV afin d'en identifier la nature. Pour cela, une modélisation de cellules silicium du type polycristallin dans différents fonctionnements défaillants, par exemple sous conditions d'ombrage, a été effectuée. Cette démarche a été validée par des expérimentations sur site. À partir de cette étude, une méthode de détection et d'identification de défauts est proposée et testée pour la détection du défaut d'ombrage. Nouveau Texte

Ce travail se compose de deux parties, dans la première, deux types de méthodologies sont proposées pour garantir l'observabilité sur des systèmes non uniformément observables. Premièrement sont présentées les méthodes basées sur le grammien d'observabilité et, à continuation, les méthodes basées directement sur l'équation de l'observateur. Dans la deuxième partie, diverses techniques sont détaillées pour la détection de défauts (fuites et obstructions) dans les canalisations sous pressions. Pour cela on construit plusieurs modèles en discrétisant les équations du coup de bélier par différences finies, implicites et explicites dans le temps. Sur ces modèles des techniques sont développés en utilisant des observateurs et des algorithmes d'optimisation. Les modèles discrets ainsi que certains observateurs ont été validés par une série d'expériences effectuées dans des canalisations d'essai. Des résultats de convergence, expérimentaux et en simulation sont exposés dans ce mémoire. / This work consists of two parts, in the first one, two types of methods are proposed to ensure the observability of non-uniformly observable systems. Firstly methods based on the observability gramian are presented, and then some methods based directly on the equation of the observer. In the second part, various techniques are detailed for the detection of defaults (leaks and obstructions) in a pipeline under pressure. For that, we built several models by discretizing the water hammer equations using finite differences explicit and implicit in time. Then some techniques are developed using observers and optimization algorithms. Discrete models and some observers were validated by a series of experiments in pipelines. Convergence, experimental and simulation results are presented in this manuscript.

L'analyse de défaillances joue un rôle important dans l'amélioration des performances et de la fabrication des circuits intégrés. Des défaillances peuvent intervenir à tout moment dans la chaîne d'un produit, que ce soit au niveau conception, durant la qualification du produit, lors de la production, ou encore lors de son utilisation. Il est donc important d'étudier ces défauts dans le but d'améliorer la fiabilité des produits. De plus, avec l'augmentation de la densité et de la complexité des puces, il est de plus en plus difficile de localiser les défauts, et ce malgré l'amélioration des techniques d'analyses. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à étudier et développer une nouvelle technique d'analyse de défaillance basée sur l'étude de l'onde laser réfléchie le "Laser Voltage Imaging" (LVI) pour l'analyse de défaillance des technologies ultimes (inférieur à 45nm). / The Failure analysis plays an important role in the improvement of the performances and themanufacturing of integrated circuits. Defects can be present at any time in the product chain,during the conception (design), during the qualification, during the production, or still duringits use. It is important to study these defects in order to improve the reliability of the products.Furthermore, with the density increasing and the complexity of the chips, it is harder andharder to localize the defects. This thesis work consists to develop a new failure analysis technique based on the study of thereflected laser beam the "Laser Voltage Imaging" LVI, for the ultimate technologies (below45nm).

Dans ce travail, de nouveaux développements sur les techniques de localisation des composants électroniques en trois dimensions sont montrés. Ces développements sont réalisés grâce à l'introduction de simulations pour une technique déjà existante: la Microscopie Magnétique (MM). Dans la première partie, l'état de l'art de l'assemblage des nouveaux composants tridimensionnels est décrit. Il est ensuite suivi par une description du processus FA actuel, tout en le gardant aussi général que possible. Une description de la fiabilité des dispositifs, en fonction de leur temps d'utilisation est décrite, permettant au lecteur de comprendre pourquoi initialement l'Analyse de défaillance est apparue nécessaire. L'ensemble du processus d'analyse de défaillance est alors décrit de manière générale, à partir de la caractérisation électrique du défaut, jusqu'aux résultats finaux. Dans la deuxième partie est ensuite expliquée dans le détail la technique de microscopie magnétique, qui utilise les propriétés des champs magnétiques générés par les courants, et permet de localiser précisément les défauts des composants électroniques standards. La troisième partie de ce travail est consacrée à l'approche de simulation (SA): une nouvelle méthodologie développée pour étendre les capacités des techniques de microscopie magnétique. Le principe de base est de comparer la simulation magnétique générée par des hypothèses de distributions de courant aux acquisitions magnétiques de la distribution réelle. L'évaluation de la corrélation entre les deux donnera ensuite une mesure de la distance entre eux. Par ailleurs, cette approche est capable de surmonter les limitations de la technique: le défaut peut désormais être localisé en trois dimensions. Enfin, dans la quatrième partie, la nouvelle technique est appliquée et validé sur un ensemble de cas d'études. / In this work, new developments on localization techniques for three-dimensional electronic components are shown and demonstrated. These are performed through the introduction of simulations for an already existing technique: Magnetic Microscopy (MM). In the first part, a state of the art of new three-dimensional components assembly is described. It is then followed by an up to date FA process description, while keeping it as general as possible. A description of component reliability, in function of the time of usage of such devices is shown, allowing the reader to understand why the need for Failure Analysis arose in the first place. The whole process of Failure Analysis is then described in a general way, starting from the electrical characterization of the defect, to the final results. The second part then explains the Magnetic Microscopy technique in more detail. This technique uses the properties of the magnetic fields, which are generated by the currents, to precisely localize the defects in standard electronic components. The third part of this work is dedicated to the Simulation Approach (SA): a new methodology developed to extend the capabilities of Magnetic Microscopy techniques. The basic principle is that of comparing magnetic simulations generated by hypothetical current distributions to the magnetic acquisitions of the real current distribution. The evaluation of the correlation between the two then gives a measurement of the distance between them. This approach is able to overcome the previous limitations of the technique: the defect can now be localized in three dimensions. Finally, in the fourth part the new technique is applied and validated on a set of case studies.

Les approches basées sur la stimulation thermique laser restent largement privilégiées par rapport à la stimulation photoélectrique laser. Ceci est en partie du au fait que la stimulation thermique laser permet dans la plupart des cas de pointer directement le défaut cherché (bien souvent l’élément le plus sensible). Ce n’est pas forcément le cas en mode photoélectrique où de nombreuses structures sont sensibles bien qu’elles ne présentent aucune anomalie. Les techniques à base de stimulation photoélectrique laser statique sont donc peu employées. Un travail a ainsi été mené pour mieux appréhender les résultats obtenus dans le cadre de la stimulation photoélectrique laser statique, mais aussi et surtout pour évaluer le potentiel de cette technique pour des applications en laboratoire d’analyse de défaillance. Pour cela, dans un premier temps des explications ont été apportées sur l’interaction du laser photoélectrique avec les dispositifs élémentaires. La mise en application de techniques a ensuite été possible grâce au développement de méthodologies flexibles et adaptables à chaque cas d’étude, qui sont maintenant intégrées dans le flot d’analyse de défaillance. Enfin, les perspectives de la stimulation photoélectrique laser statique sont présentées, notamment les techniques qui ont été développées suite à l’évolution des technologies, ainsi qu’une étude originale révélant que le laser photoélectrique pourrait être utilisé comme outils de caractérisation électrique (fiabilité des oxydes) en plus de son utilisation traditionnelle dédiée à la localisation de défauts. / Thermal laser stimulation based approaches remain widely privileged compared to photoelectric laser stimulation ones. This is partly due to the fact that thermal laser stimulation allows in most of cases to directly highlight the looked default (often the most sensitive element). This is not necessarily the case in photoelectric mode where a lot of structures are sensitive although they do not present any anomaly. Consequently static photoelectric laser stimulation based techniques are not often used. A work has thus been led to better understand results obtained in the field of photoelectric laser stimulation, but also and overall to estimate the potential of this technique for failure analysis laboratory applications. For that, some explanations have first been brought about photoelectric laser interaction with elementary devices. The implementation of techniques has then been possible thanks to the development of flexible methodologies, adaptable to each study case, that are now integrated in the failure analysis flow. Finally, static photoelectric laser stimulation perspectives are presented, notably techniques that have been developed following technologies evolution, as well as an original study revealing that the photoelectric laser could be used as an electrical characterization tool (oxide reliability) in addition to its traditional use dedicated to default localization.

De nos jours, les véhicules électriques et hybrides ont suscité un très grand intérêt en raison de préoccupations environnementales et énergétiques. Dans ces véhicules, les machines électriques utilisées sont des machines conventionnelles asynchrones et synchrones à aimants permanents. La machine à réluctance variable est une technologie candidate potentielle pour les chaînes de traction électriques et hybrides. Cette machine conçue sans aimants et redondante peut réunir la robustesse et le faible coût de la machine asynchrone aux bonnes performances de la machine synchrone à aimants permanents. Dans ce contexte, le premier objectif de cette thèse est de proposer des stratégies de commandes robustes de la machine à réluctance variable par la prise en compte des contraintes des chaînes de traction électriques en vue de réaliser une étude comparative des performances. Dans cette étude, les commandes proposées sont les commandes classiques de type PI, les commandes par mode glissant et les commandes par mode glissant d'ordre supérieur. Le deuxième objectif consiste à développer des observateurs d'état pour la commande sans capteur de position mécanique de la machine à réluctance variable. Des observateurs robustes basés sur la théorie du filtre de Kalman étendu et les modes glissants sont synthétisés pour atteindre cet objectif. Enfin, le troisième objectif est de faire une analyse des défauts électriques de type circuit ouvert de l'étage électronique de puissance par l'approche signal afin de développer une méthodologie de détection et de localisation automatique de ces défauts. / Nowadays, electric and hybrid vehicles are gaining increased attention due to environmental and energy concerns. In these vehicles, the electrical machines used are the conventional machines, namely induction and permanent magnet synchronous machines. The switched reluctance machine is a potential candidate technology for electric and hybrid drivetrains. This machine designed without magnets and redundant windings, can combine the robustness and low cost of induction machines to the good performance of permanent magnet synchronous machines. In this context, the first objective of this thesis is to propose robust control strategies of the switched reluctance machine, taking into account the constraints of electric vehicles in order to make a comparative performance study. In this study, PI control, sliding mode control and higher order sliding mode control are proposed. The second objective is to develop state observers for sensorless control. Robust observers based on extended Kalman filter theory and sliding modes are synthesized to achieve this goal. Finally, the third objective is to make an analysis of electrical open-circuit faults of the electronic power stage using the signal approach in order to develop a methodology of automatic fault isolation.

Dans la nécessité de développer des véhicules sûrs, confortables, économiques et à faible impact environnemental, les voitures sont de plus en plus équipées d'organes qui emploient des capteurs, actionneurs et systèmes de commande automatiques.Or ces systèmes, critiques pour la sécurité et le confort des passagers, peuvent mal-fonctionner en présence d'une défaillance (défaut).Dans le cadre du diagnostic à bord, plusieurs approches à base de modèle sont développées dans ce travail afin de détecter, localiser et estimer un défaut capteur ou actionneur, et pour détecter la perte de stabilité du véhicule.Ces méthodes reposent sur une synthèse robuste pour les systèmes incertains à commutation.Elles sont validées en simulation avec le logiciel CarSim, et sur les données réelles de véhicule dans le cadre du projet INOVE. / Modern vehicles are increasingly equipped with new mechanisms to improve safety, comfort and ecological impact. These active systems employ sensors, actuators and automatic control systems. However, in case of failure of one these components, the consequences for the vehicle and the passengers safety could be dramatic. In order to ensure a higher level of reliability within on board diagnosis, new methodologies for sensor or actuator fault detection, location and estimation are proposed. These model based approaches are extended for robust synthesis for switched uncertain systems. In addition, a method for detecting critical stability situation is presented. The validation of the different methods is illustrated with simulations using CarSim, and application on real vehicle data within the INOVE project.

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la localisation de défauts de type «soft» dans les Circuits Intégrés (CI) analogiques et mixtes à l’aide des techniques dynamiques de stimulation laser en faible perturbation. Les résultats obtenus à l’aide de ces techniques sont très complexes à analyser dans le cas des CI analogiques et mixtes. Ce travail porte ainsi particulièrement sur le développement d’une méthodologie facilitant l’analyse des cartographies laser. Cette méthodologie est basée sur la comparaison de résultats de simulations électriques de l’interaction faisceau laser-CI avec des résultats expérimentaux (cartographies laser). L’influence des phénomènes thermique et photoélectrique sur les CI (niveau transistor) a été modélisée et simulée. La méthodologie a été validée tout d’abord sur des structures de tests simples avant d’être utilisée sur des CI complexes que l’on trouve dans le commerce. / This thesis deals with Soft failure localization in the analog and mixed mode Integrated Circuits (ICs) by means of Dynamic Laser Stimulation techniques (DLS). The results obtained using these techniques are very complex to analyze in the case of analog and mixed ICs. In this work we develop a methodology which facilitates the analysis of the laser mapping. This methodology consists on combining the experimental results (laser mapping) with the electrical simulations of laser stimulation impact on the device. The influence of photoelectric and thermal phenomena on the IC (transistor level) has been modeled and simulated. The methodology has been validated primarily on test structures before being used on complex Freescale ICs existing in commerce.