Direction de recherche : Marie-Minerve LOUËRAT
Co-encadrement : ISKANDER Ramy

Méthodologie pour la Modélisation des Parasites de Substrat en Technologie MOS de puissance HV/HT - Application à l'Industrie Automobile

Les circuit intégrés (CI) de puissance sont utilisés dans les systèmes embarqués automobiles en raison de leur capacité à réunir sur la même puce des dispositifs basse tension et haute tension (HV). Dans de tels systèmes, le bruit de couplage électrique induit par la commutation des étages de puissance est un problème majeur. Pendant la commutation, les tensions et les courants parasites produisent un décalage local de la tension de substrat allant jusqu'à une centaine de millivolt, perturbant ainsi le circuit basse tension. Ces signaux parasites entraînent des dysfonctionnements. Les solutions existantes reposent sur le layout et sont difficiles à optimiser par simulation électrique. L'absence d'une stratégie de modélisation interdit de fait une stratégie de conception s'appuyant sur la prédiction de ces perturbations.

Nous présentons ici une méthode d'extraction et de simulation post-layout pour la modélisation des parasites de substrats. Nous avons développé un logiciel (CAO) pour l'extraction du substrat fondé sur la reconnaissance de forme. L'extraction utilise un algorithme de maillage pour la génération du modèle du substrat. Les courants de substrat peuvent être pris en compte lors de la simulation post-layout, autorisant l'analyse des dysfonctionnements éventuels induits par les couplages à travers le substrat.

Ce travail a été validé par plusieurs cas d'études industriels, une configuration en miroir de courant, et un test automobile standard en technologie ams AG. Cette méthodologie est aussi appliquée à une technologie HV BCD de STMicroelectronics. Ainsi, en utilisant notre approche, il devient possible de simuler des bruits de substrat avant fabrication.

Soutenance : 12/12/2016

Membres du jury :

ALLARD Bruno (INSA Lyon, Laboratoire Ampère) [Rapporteur]
NOUET Pascal (Université Montpellier, LIRMM) [Rapporteur]
SEEBACHER Ehrenfried (amsAG)
SICARD Etienne (INSA Toulouse)
TISSERAND Pierre (Valeo)
MEHREZ Habib (UPMC, LIP6)
ISKANDER Ramy (Intento Design)
LOUERAT Marie-Minerve (CNRS, LIP6)

Publications 2014-2016

• 2016
  • H. Zou : “Methodology for Substrate Parasitic Modeling in HV/HT Smart Power Technology - Application to Automotive Industry”, soutenance de thèse, soutenance 12/12/2016, direction de recherche Louërat, Marie-Minerve, co-encadrement : Iskander, Ramy (2016)
  • Y. Moursy, H. Zou, R. Iskander, P. Tisserand, D.‑M. Ton, G. Pasetti, Eh. Seebacher, A. Steinmair, Th. Gneiting, H. Alius : “Towards Automatic Diagnosis of Minority Carriers Propagation Problems in HV/HT Automotive Smart Power ICs”, Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE) 2016 Conference, Dresde, Germany (2016)
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, J.‑P. Chaput, M.‑M. Louërat : “An Adaptive Mesh Refinement Strategy of Substrate Modeling for Smart Power ICs”, 2016 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Montreal, Canada, pp. 2358-2361 (2016)
  • Y. Moursy, H. Zou, R. Khalil, R. Iskander, P. Tisserand, D.‑M. Ton, G. Pasetti, M.‑M. Louërat : “Efficient Substrate Noise Coupling Verification and Failure Analysis Methodology for Smart Power ICs in Automotive Applications”, IEEE Transactions on Power Electronics, (Institute of Electrical and Electronics Engineers) (2016)
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, A. Steinmair, H. Gensinger, Eh. Seebacher, J.‑P. Chaput, M.‑M. Louërat : “Using CAD Tool for Substrate Parasitic Modeling in Smart Power Technology”, IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, pp. 2323-2333, (IEEE) (2016)
• 2015
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, J.‑P. Chaput, M.‑M. Louërat, C. Stefanucci, P. Buccella, M. Kayal, J.‑M. Sallese, Th. Gneiting, H. Alius, A. Steinmair, Eh. Seebacher : “A CAD integrated solution of substrate modeling for industrial IC design”, 2015 20^th International Mixed-Signal Testing Workshop (IMSTW), Paris, France (2015)
  • C. Stefanucci, P. Buccella, Y. Moursy, H. Zou, R. Iskander, M. Kayal, J.‑M. Sallese : “Substrate modeling to improve reliability of high voltage technologies”, 20^th International Mixed-Signal Testing Workshop (IMSTW), 2015, Paris, Paris, France (2015)
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, C. Stefanucci, P. Buccella, M. Kayal, J.‑M. Sallese : “Substrate noise modeling with dedicated CAD framework for smart power ICs”, 2015 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) n°1554, Lisbon, Portugal, pp. 4 (2015)
  • Y. Li, H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, R. Sobot, M.‑M. Louërat : “Optimization and Co-Simulation of an Implantable Telemetry System by Linking System Models to Nonlinear Circuits”, chapter in Computational Intelligence in Analog an Mixed-Signal (AMS) and Radio-Frequency (RF) Circuit Design, pp. 83-113, (Springer) (2015)
• 2014
  • H. Zou, Y. Moursy, R. Iskander, M.‑M. Louërat, J.‑P. Chaput : “A novel CAD framework for substrate modeling”, 10^th Conference on Ph.D Research in Microelectronics and electronics, Grenoble, France, pp. 1-4, (IEEE) (2014)