Analyse et modélisation des phénomènes de chargement de diélectriques dans les MEMS RF : application à la fiabilité prédictive de micro-commutateurs électromécaniques micro-ondes
Résumé
These last years saw the emergency of new microwave components, the RF MEMS micro-switc hes, exhibiting attractive performances for a lot of application fields: spatial, automotive, mobile phone& However, these components are not still implemented in industrial systems because of their misunderstanding reliability behaviors. The main purpose of this work was to develop RF MEMS reliability investigation procedures and then to define equipments and methodologies in order to analyse and model the driving phenomena of these components reliability. The first section carries out a critical state of the art of tests set-up and results published by world-wide laboratories working on RF MEMS reliability. The second section details the reliability tests set-up developed in the framework of our investigations. We present its different constitutive functionalities and the MEMS properties they measure in order to analyse MEMS reliability. The third section focuses on the methodology developed in order to investigate capacitive micro-switches reliability. This methodology is based on the detection of the failure modes in one hand and on the analysis of the failure mechanisms in the other hand. We then propose a modelling of the dielectric charging phenomenon, which is the main cause of failure of capacitive micro-switches. We then introduce a figure of merit of RF MEMS reliability allowing a comparative evaluation of their lifetime. Finally, we present the three research axis, on which preliminary investigations have been carried out, in order to improve RF MEMS reliability: the technological improvement of the dielectric to decrease the charging effect, the actuation waveform optimisation to push away the failure events and finally the RF MEMS topology and design optimisation to increase the reliability.
Ces dernières années ont vu l'émergence de nouveaux composants micro-ondes, les micro-commutateurs MEMS RF, possédant des performances très attrayantes pour de nombreux domaines d'application : spatial, automobile, téléphonie mobile& Cependant, une problématique majeure retarde actuellement leur industrialisation : leur fiabilité. Ce manuscrit de thèse a pour but principal de mettre en place les procédures d'investigation de la fiabilité des MEMS RF comprenant le développement des outils matériels et méthodologiques permettant d'analyser et de modéliser les phénomènes régissant la fiabilité de ces composants. Le premier chapitre effectue un état de l'art critique des bancs de tests et des résultats publiés par les laboratoires internationaux travaillant sur la fiabilité des MEMS RF. Le second chapitre détaille le banc de fiabilité développé dans le cadre de nos travaux. Nous présentons les différentes parties le constituant ainsi que les mesures des propriétés des MEMS RF qu'elles permettent d'effectuer en vue d'analyser leur fiabilité. Le troisième chapitre se focalise sur la méthodologie mise en place en vue d'étudier la fiabilité des micro-commutateurs capacitifs. Cette méthodologie est basée sur la détection et l'analyse des modes de défaillance d'une part et sur la modélisation du mécanisme de défaillance d'autre part. Nous proposons ainsi un modèle du chargement du diélectrique, principale cause de défaillance de ce type de composants, et introduisons un facteur de mérite de la fiabilité des MEMS RF permettant une évaluation comparative de leur durée de vie. Dans un quatrième chapitre, nous présentons les trois axes de recherche sur lesquels des études préliminaires ont été effectuées en vue d'améliorer la fiabilité des MEMS RF capacitifs : l'optimisation technologique, l'optimisation de la commande et l'optimisation de la topologie des micro-commutateurs
Loading...