Développement d'une méthodologie de caractérisation et de modélisation de l'impact des décharges électrostatiques sur les systèmes électroniques
Institution:
Toulouse 3Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
During their manufacturing and use phases, electronic products are subject to ElectroStatic Discharges (ESD) disturbances that can induce malfunction and/or destruction. To avoid failures, tests are carried out according to standards such as IEC61000-4-2 and ISO10605 for automotive application. When product failures are revealed, there is no tool, no method to analyze or predict the system behavior. System designers need to redesign the product until it pass the standard or customer requirements, without sufficient investigation methods to understand the failure mechanisms during the discharge. This can lead to many incorrect system redesigns and the solution chosen is not necessarily the most efficient and inexpensive. The work presented in this thesis is related to the development of methods for system modeling and characterization in order to analyze and understand the propagation and failures when an electrostatic discharge occurs on an electronic board. Because of system level complexity, the modeling methodology implementation is based on hierarchical and behavioral description using VHDL-AMS. This method is intended to analyze the discharge current propagation inside a system from ESD generator to internal phenomenon into the chip. In parallel, we have developed measurement techniques based on existing methods that allow a more advanced investigation than proposed by standards. Measurements, obtained by using these techniques, allow carrying out correlation with the simulations. This approach was checked through three case of studies. Thanks to these methods, this thesis offers to system designers a tool to analyze the impact of an ESD on system as well as robustness point of view that susceptibility.
Abstract FR:
Durant leurs utilisations, les produits électroniques sont soumis à des décharges électrostatiques (en anglais : ESD - ElectroStatic Discharge) pouvant induire des erreurs de fonctionnements et/ou leur destructions. Pour s'affranchir de ce type de défaillances, des tests sont effectués dans l'industrie suivant différents standards, comme l'IEC61000-4-2 ou l'ISO10605 pour l'automobile. Lorsqu'une défaillance du produit est révélée, il n'existe aucun outil, aucune méthode permettant d'analyser ou de prédire le comportement du système. Les concepteurs doivent remanier le produit jusqu'à ce que celui-ci remplisse les exigences du standard ou des clients, sans avoir suffisamment de méthodes d'investigation pour comprendre les mécanismes de dégradation durant la décharge. Ceci peut conduire à de nombreuses conceptions avant de trouver une solution qui n'est pas forcément la plus efficace et la plus économique. Les travaux présentés dans ce document sont orientés sur le développement de méthodes de modélisation et de caractérisation permettant d'analyser un système et de comprendre les modes de propagation et de défaillance lorsque survient une décharge électrostatique sur une carte électronique. Etant donné les niveaux de complexité qu'il faut gérer pour un système complet, la méthodologie de modélisation mise en œuvre est basée sur une description comportementale hiérarchique utilisant le langage VHDL-AMS. Cette méthode est destinée à analyser la propagation du courant de décharge dans un système depuis un générateur ESD jusqu'aux phénomènes internes à la puce. En parallèle nous avons été amenés à développer, sur la base de méthodes existantes, des techniques de mesure permettant une investigation plus poussée que celles proposées dans les standards. Les mesures, obtenues à l'aide ces techniques permettent de réaliser des corrélations avec les simulations. Toute cette approche a été validée au travers de trois cas d'étude. Grâce à ces méthodes cette thèse propose aux concepteurs de système des outils leur permettant d'analyser l'impacte d'un phénomène ESD dans un système aussi bien d'un point de vue robustesse que susceptibilité.