Modules intégrés en technologie LTCC pour des applications en bande D (110 - 170 GHz)

LTCC front-end integration for D-band applications (110 - 170 GHz)

• Auteur / Autrice : Malika Tlili
• Direction : Alain Peden
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 22/01/2020
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lab-STICC_IMTA_MOM_DIM - Département Micro-Ondes - Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance
• Jury : Président / Présidente : Philippe Ferrari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Bila, Anne-Laure Billabert, Camilla Kärnfelt
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Ferrari, Stéphane Bila

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits intégrés monolithiques hyperfréquence

Mise sous boîtier (électronique)

Céramiques co-frittées à basse température

Mots clés libres

LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)

Mise en boîtier

Bande D (110-170 GHz)

Interconnexions

MMIC

Gestion thermique

LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics)

Packaging

D-band (110-170 GHz)

Interconnections

MMIC

Thermal management

Résumé

Cette thèse a pour objectif de réaliser des modules d''émission-réception (front-end TRX) faible coût, en band D (110-170 GHz), utilisant des puces intégrées MMIC reportées sur un substrat LTCC. Les applications visées à ces fréquences sont diverses : l'imagerie (sécurité) par le déploiement de scanners haute résolution, les radars automobiles d'aide à la conduite, la radiométrie ou encore le ''back-haul'' du réseau de téléphonie 5G. Aux fréquences très élevées, les boîtiers sont généralement réalisés à partir de structures métalliques, ce qui les rend coûteux, volumineux et relativement longs à fabriquer. Des solutions de mise en boîtier basées sur la technologie LTCC ont été proposées et développées au cours de la thèse avec l'objectif de maintenir les performances intrinsèques des puces avant report. Pour intégrer les puces MMIC sur le support LTCC, différents aspects ont été étudiés et validés expérimentalement, avec les difficultés en mesure inhérentes à ces fréquences de fonctionnement très élevées. Il s'agit en particulier des techniques d'interconnexion pour relier les plots d'accès RF de la puce aux plots sur substrat et du contrôle technique pour maîtriser l'échauffement de certaines puces, comme l'amplificateur de puissance, qui peut provoquer un dysfonctionnement voire une défaillance du module. La mise en place des réseaux d'alimentation continue des puces actives est également un point crucial dans la conception du boîtier puisqu'ils ne doivent pas interférer avec les accès RF.

This thesis has as objective to realize low cost front-end TRX modules, in D-band (110-170 GHz), using MMIC chips integrated on an LTCC substrate. The applications at these frequencies are various: imaging (security) by deploying high-resolution scanners, automotive assistance radars, radiometry or the backhaul of the 5G telephony network. At very high frequencies, the packaging is generally made of metal structures, which makes it expensive, bulky and relatively long to manufacture. Packaging solutions based on LTCC technology have been proposed and developped during the thesis with the objective of maintaining the intrinsic performance of chips before integration. To integrate the MMIC chips on th LTCC support, various aspects have been studied and validated experimentally, with the difficulties in measurement inherent to these very high operating frequencies. These are in particular interconnection techniques for connecting the RF access pads of the chip to the pads on the subtrate and the thermal solution to limit the heating of certain chips, such as the power amplifier, which can cause a malfunction of even failure of the module. The establishement of th DC blasing networks of active chips is also a crucial point in the design of the packaging since they must not interferer with the RF accesses.