Développement de méthodologies d'Eco-conception pour le secteur microélectronique

L'éco-conception est un processus permettant aux entreprises industrielles d'assumer leur responsabilité relative aux impacts générés par leurs produits. Les contraintes liées aux impacts environnementaux sont intégrées dans les stades avancés de la conception. Du fait de ses spécificités, tant au niveau de la structure du produit que de la complexité des processus de conception, l'industrie microélectronique s'est trouvée jusqu'alors en marge de considérations avancées sur l'impact de ses produits. L'objectif du travail de recherche est de définir une méthodologie d'éco-conception dédiée à la microélectronique permettant d'identifier les méthodes, outils et indicateurs susceptibles d'être déployés dans les départements de R&D. La stratégie associée vise à accroître la sensibilité environnementale des concepteurs et à les conduire à trouver des alternatives influant positivement sur l'environnement. Notre méthodologie repose sur une plateforme méthodologique intégrant plusieurs outils, chacun dédié à une activité indépendante de la conception de produits microélectroniques. L'évaluation environnementale est basée sur l'analyse de cycle de vie (ACV). Dans les phases préliminaires de conception, la connaissance du produit (structure, propriétés et performances) est limitée, alors la modélisation de son cycle de vie est réalisée à l'aide d'ACV-simplifiée : cela consiste à prédire l'impact d'un produit en développement grâce à des mécanismes d'adaptation par analogie basés sur l'étude des générations précédentes. En plus de solutions techniques appropriées, l'intégration de l'éco-conception dans une entreprise nécessite certains changements organisationnels : une modification du processus de conception a été proposée ainsi que des recommandations pour l'intégration d'un système de gestion de l'environnement orienté sur les produits.Eco-design represents a natural process for industries wishing to fulfil their role in safeguarding environment and resources. The constraint linked to impacts becomes a decisive factor which can be systematically integrated in the early stages of products development. Because of chips specificities, both in structure and complexity of design process, microelectronic industry has been up to now out of advanced considerations related to chips environnemental performances. Our target was to define an eco-design methodology dedicated to microelectronic sector including the identification of methods, tools and indicators which have the highest chance to be deployed in R&D departments. The strategy aims to increase designers' environmental consciousness and drive them to explore innovative opportunities that can positively impact the environment during design phase. Our methodology relies on a platform integrating three tools, each one of them dedicated to a part of chip design. Environmental analysis is based on Life Cycle Assessment (LCA). In the preliminary stages of design, knowledge on product (structure, properties and performances) is limited so the evaluation is assessed using Quick LCA : it consists in predicting the environmental footprint of an under-development product thanks to adaptive mechanism based on the evaluation of previous generations. In addition to technical solutions, an optimized integration of an innovative process such as eco-design requires organizational changes into the company: a proposal for internal design process modification was done including recommendations for integration of a product-oriented management system.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Impact des technologies d'intégration 3D sur les performances des composants CMOS

Les innovations actuelles en électronique allient à la fois des critères de coût, de performance et de taille. Or à l'ère du tout numérique, les technologies CMOS sont confrontées à la stagnation de leurs performances électriques. Parallèlement, les systèmes hétérogènes multifonctions s'orientent vers une complexification extrême de leurs architectures, augmentant leur coût de conception. Les problématiques de performance électrique et d'hétérogénéité convergent vers un objectif commun. Une solution industriellement viable pour atteindre cet objectif d'architecture ultime est l'intégration tridimensionnelle de circuits intégrés. En empilant verticalement des circuits classiques aux fonctionnalités diverses, cette architecture ouvre la voie à des systèmes multifonctions miniaturisés dont les performances électriques sont meilleures que l'existant. Néanmoins, les technologies CMOS ne sont pas conçues pour être intégrées dans une architecture 3D. Cette thèse de doctorat s'intéresse à évaluer toute forme d'impact engendré par les technologies d'intégration 3D sur les performances électriques des composants CMOS. Ces impacts sont classifiés en deux familles d'origine thermomécanique et électrique. Une étude exploratoire réalisée par modélisation TCAD a permis de montrer l'existence d'un couplage électrique par le substrat provoqué par les structures d'intégration 3D dont l'influence s'avère non négligeable pour les technologies CMOS. La seconde partie de l'étude porte sur la mise en œuvre et le test de circuits conçus pour quantifier ces phénomènes d'interaction thermomécanique et électrique, et leur impact sur les performances de transistors et d'oscillateurs en anneau.Current innovations in electronics combine performance, size and cost criteria. Nevertheless, in the all-digital era, CMOS technologies are confronted by stagnating electrical performances. In parallel, multitask heterogeneous systems are moving towards an extreme complexification of their architectures, increasing cost of design and manufacture dramatically. Electrical performance and heterogeneity challenges seem to converge towards a common requirement. The three-dimensional integration of integrated circuits is a viable industrial solution to obtain the ultimate architecture required. This vertical architecture leads to miniaturized high value heterogeneous systems by stacking several IC featuring various functionalities. The electrical performances of such 3D architecture appear to be superior to those of classic System-on-Chip. Nevertheless, CMOS technologies are not designed for this specific integration, so that they may not tolerate the impact of 3D integration structures. This PhD work is focused on the evaluation and characterization of all possible impacts generated by 3D integration structures on the electrical performance of CMOS devices. Two levels of impact are described, those of electrical and those of thermo-mechanical natures. Firstly, a TCAD-based simulation study has led to the demonstration of an electrical impact due to substrate coupling. The influence of such a coupling significantly decreases the static currents of PMOS transistors. The second part of the PhD is focused on the implementation of test circuits dedicated to the characterization of electrical coupling induced by 3D integration structures on transistors and ring oscillators

Modélisation agile pour un système de fabrication complexe et dynamique

In a full automation context with a strong Information Technology (IT) component, organizational transformations should always be accompanied by an evolution of the different information systems. In that sense, operational users of the information systems must recognize the use of information systems in terms of their functionality, and their ability to rapidly and continuously answer the requirements of the evolution of the organization.Having Information Systems (IS) which reflect businesses is not a luxury for companies. The shortfall for the company in the absence of alignment is the impact on the organization performance: The non-adequacy of the IS limits the daily tasks and degrades the potential benefits of full automation. Thus, the production system is conditioned by the IS. Beyond its functional necessity, alignment is also justified by the cost of its implementation compared to a non-alignment.This thesis aims at ensuring systematic and continuous Business / IT alignment in a complex and dynamic environment.Our study was led by the specificity of the case study and the literature review. We propose a methodology based on a "Reference Model" to minimize the Business / IT alignment gap. From a functional standpoint, the methodology relies on capturing user requirements in a Reference Model and finding acceptable compromises for the IT development, to reach the alignment incrementally. The methodology is applied on a “processability” case study in semiconductor manufacturing.Dans un contexte d’automatisation totale avec une forte composante informatique, la transformation organisationnelle doit systématiquement être accompagnée d’une évolution des différents Systèmes d’Information (SI). Dans ce sens, les utilisateurs au quotidien doivent « se retrouver » dans l’usage des SI au niveau de ses fonctionnalités, et par sa capacité à répondre rapidement, et d’une façon continue, aux demandes d’évolution de l’organisation. Disposer de SI à l’image des métiers n’est pas une vertu ou un luxe que les entreprises cherchent à obtenir. Le manque à gagner pour l’entreprise en l’absence d’alignement se traduit directement sur la performance de l’organisation : la non-adéquation des SI limite les tâches au quotidien et dégrade le potentiel de progrès de l’entière automatisation. Le système de production se trouve ainsi conditionné par les SI. Au-delà de l’aspect fonctionnalité recherché dans l’alignement, sa mise en œuvre se justifie également par le coût de sa mise en place comparé à un non alignement.Ces travaux visent à garantir, dans un contexte complexe et dynamique, un alignement systématique et continu des SI sur les besoins des processus métiers afin de garantir à l’entreprise les meilleures performances possibles dans l’exploitation de ses SI.Les spécificités du contexte d’étude ainsi que l’analyse bibliographique de la problématique nous ont menés à proposer une méthodologie basée sur un « Modèle de Référence » afin de combler au mieux le fossé Métier / Technologie de l’Information. Cette méthodologie s’intéresse au niveau fonctionnel en mettant l’accent sur l’expression des besoins afin de mieux distinguer la vision Métier de la vision IT.Pour valider la méthodologie que nous proposons, nous l’appliquons sur un cas d’étude industriel relatif à l’évolution de l’ensemble des règles d’éligibilité des lots sur les équipements en fabrication de semi-conducteurs, appelées « processabilité »

Méthodologie d'aide à la décision multicritère pour l'ordonnancement d'ateliers discontinus

Les ateliers de fabrication de composants électroniques sont caractérisés par un mode opératoire discontinu et flexible, par un flux de produits cyclique et par un fort besoin en équipements qui rend complexe leur gestion. L'objectif des travaux de ce mémoire est l'optimisation multicritère de ces activités de production, donnant lieu à un problème d'ordonnancement à court terme. Le modèle de Simulation à Événements Discrets (SED) habituellement employé est cependant lourdement pénalisé par le temps de calcul nécessaire au traitement de problèmes de taille industrielle. Le SED est ainsi remplacé par une technique de modélisation reposant sur des réseaux de neurones, au sein desquels un algorithme de rétropropagation est mis en oeuvre. Le temps de calcul se trouve alors considérablement réduit. Enfin, lors de la phase d'optimisation, l'utilisation d'un Algorithme Génétique Multicritère (AGM) offre la possibilité de considérer de plusieurs critères d'évaluation. La démarche est validée sur un exemple didactique, représentatif des industries de fabrication de semi-conducteurs. ABSTRACT : Scheduling of electronic components manufacturing systems is identified as a complex task, mainly because of the typical features of the process scheme, such as cyclic flows and the high number of equipment items. Actually, production managers have to cope with various objectives, which contribute also to scheduling complexity. Discrete-event simulation (DES) is one of the most widely used methods to study, analyze, design, and improve manufacturing systems, however their applications in industrial processes takes an enormous computing time. In this study, we propose the DES substitution by an approach based on a neural network technique coupled with a multiobjective genetic algorithm for multi-decision scheduling problems in semiconductor wafer fabrication. The training phase of the neural network was performed by use of the previously developed discrete-event simulator, by using a backpropagation algorithm. The neural networks are then embedded in a multiobjective genetic algorithm (MOGA) to optimize the decision variables and to deal with the set of compromise solutions for the studied criteria, thus giving the optimal Pareto zone solutions. The computing time is then considerably reduced. The program efficiency is validate by means of a simplified industrial examples based on semiconductor manufacturing

La constitution de l'ITAV en Midi-Pyrénées : les nanobiotechnologies comme levier de la transformation de la recherche publique

This research work scrutinizes the impact of science policy, both on practices for researchers and on the reorganization of academic research. There has been an evolution of the "traditional" model of research organization doubly characterized by: (1) the shift from a recurrent funding to project financing; (2) the promotion of interdisciplinary as a mean to foster innovation. As part of this movement, the field of "nanos", promoted as a growing area for economic and social issues (particularly in the area of health), is substantial. Thus, nanotechnologies are regarded as a lever to speed up and systematize this process. This work aims to evaluate the relevance of this hypothesis. In practice, does the field of "nanos" represent a vector of research renovation and reorganization ? I show that researchers question research policies that political authorities and economic leaders impose. On one hand, I study the characteristics of science policy in the field of "nano" and, on the other hand, the ways in which researchers implement these policies, sometimes significantly changing guidelines provided upstream. I focus my fieldwork on the constitution of the Advanced Technology Institute in Life Sciences (ITAV). It was conceived as a place to promote innovation and technology transfer, notably through the development of nanobiotechnology research. From a Habermasian perspective, I try to supply the theoretical issue about the relationship between the "System" and "Lifeworld" (Habermas, 1987). Thus, I uncover the patterns and forms of resistance from researchers to research policies injunctions whose economic target is questioned. The resistance from researchers is doubly founded : firstly, it is based on strategic considerations, in particular career choices; secondly, it is related to the adherence to values and norms which go beyond economic and political issues.Ce travail de recherche interroge l'articulation de la politique scientifique à la pratique concrète et quotidienne des chercheurs académiques. Depuis les années 1980, on assiste à une remise en cause du modèle " traditionnel " d'organisation de la recherche, qui tend à être remplacé par un nouveau, dont les deux principales caractéristiques sont 1) le passage d'un financement récurrent à un financement majoritairement sur projets ; 2) l'affichage, au niveau de la politique scientifique, de l'interdisciplinarité comme un moyen de favoriser l'innovation. Dans ce mouvement global, les " nanos ", porteuses de promesses en termes de développement économique et de création d'emplois, apparaissent comme un levier pour rapprocher la recherche des enjeux économiques et industriels. C'est la raison pour laquelle nous appréhendons les " nanos " dans leur dimension de vecteur d'une recomposition de l'organisation de la recherche par la sphère politique. Ce mouvement est contesté par les chercheurs. Aussi, nous étudions, d'un côté, les transformations au niveau des exigences de la politique scientifique, et, d'un autre côté, les façons dont les chercheurs s'approprient, ou contournent, ces évolutions. Notre travail de terrain se focalise sur le niveau local et la constitution de l'Institut des technologies avancées en sciences du vivant (Itav), pensé comme un lieu devant favoriser l'innovation et le développement technologique, par le biais des nanobiotechnologies en particulier. Dans une perspective habermassienne visant à alimenter la question théorique des rapports entre système et monde vécu (Habermas, 1987), nous mettons au jour, à travers notre analyse, les motifs et les formes de la résistance des chercheurs aux injonctions politiques orientées vers des enjeux économiques. Cette résistance repose en partie sur des enjeux stratégiques, de carrière notamment. Mais elle est également fondée, en partie, sur un accord normatif autour de valeurs et de normes qui contribuent à la reproduction de la sphère de la recherche en tant que sphère d'activité autonome

Aux sources de la R&D : genèse des théories de la conception réglée en Allemagne (1840-1960)

Cet article étudie les sources allemandes de la conception systématique à trois périodes charnières (1850, 1900 et 1950). Il montre que la conception systématique qui apparaît si intuitive et naturelle aujourd'hui résulte de décennies de travaux d'enseignants et d'industriels pour s'extraire des intuitions trompreuses et des effets de fixation propres aux objets inconnus. Ces théories correspondent à des efforts de rationalisation de l'activité de conception à des périodes historiques bien précises (rattrapage industriel de l'Allemagne de la première révolution industrielle ; accompagnement de la seconde révolution industrielle ; rationalisation du travail d'esprit dans la RDA d'après-guerre). Alors que les sciences de lingénieur modélisent les objets existants, les théories de la conception guident le raisonnement sur des objets encore inconnus à l'aide des objets connus. Ces formalismes ne cherchent pas l'innovation singulière mais l'efficacité des capacités de conception. Ils peuvent s'évaluer en fonction de la variété des situations de conception qu'ils couvrent (pouvoir génératif) et des capacités qu'ils exigent de leurs utilisateurs (pouvoir conjonctifs). La conception systématique apparaît comme le formalisme ayant un pouvoir génératif et un pouvoir conjonctif particulièrement forts

PRINCIPES D'ASSISTANCE A LA MAITRISE D'OUVRAGE POUR LA MODELISATION ET L'INTEGRATION D'EXPERTISE

Trade expertise integration is a major issue of new generations of product-lifecycle global-management systems. Project control of such integration has been hardened by knowledge management complexity increasing with the product complexity, the diversity of stakeholders and the lack of feedbacks during or at the end of such projects, past or present. These PhD works have been leaded in parallel with a case study on the USIQUICK project, which seeks an automation of process planning generation. This experience has also been compared to projects taking place in other service or industry fields. The contribution of this PhD propose a conceptual tool set, usable to prepare or during expertise integration projects. In early phases this tool set can be used to consolidate previous experiences and constitute analysis grids to take decision on methodologies to deploy. During the project, this methodological tool base underlines for project control some analysis criteria to evaluate the project dynamic. It allows the identification of modelling problems, the development preparation. In these two cases, it indicates possible representation locations from which could be constructed some performance indicators related to the project specificity. The methodological output for project control is constituted of the proposition and the analysis of four “pillars” or resources sustaining expertise modelling and integration (concept networks, specification lists, document corpus, management tools). These pillars are justifying a list of phases, describing modelling stakes (identification, extraction, structuring and formalisation phases) and integration issues (refinement, specification development, diffusion and maintenance phases). Combined with the analyses of initial and expected management maturity of expertise, these “pillars” and phases allows constituting a framework for feedback consolidation and project deployment. In parallel, three couples of concepts, syntax / semantic, infrastructure / architecture, domain / project, allows questioning and identifying potential problem zones in representation and considering resolutions axes. This contributes to bring closer epistemological systematism of knowledge management with empirical and pragmatic practice of learning. The consolidation of binds between these two aspects of expertise allows driving projects with real elements of knowledge and expertise.L'intégration des expertises métiers constitue un enjeu primordial des nouvelles générations des systèmes de gestion globale du cycle de vie du produit. La maîtrise d'ouvrage de telles intégrations est rendue difficile par la complexité de la gestion de la connaissance proportionnelle à celle croissante du produit, la diversité des acteurs de tels projets et le manque de retour au cours ou à l'issue de déploiements de tels projets passés et présents. Ces travaux de thèse ont été menés en parallèle d'un cas d'étude sur le projet USIQUICK, visant à l'automatisation de la génération de gamme d'usinage. Cette expérience a également été confrontée à des projets dans d'autres secteurs de l'industrie ou des services. La contribution de cette thèse propose un ensemble d'outils conceptuels utilisables en préparation ou au cours d'un projet d'intégration d'expertise. En phase amont cet ensemble d'outils peut être utilisé pour consolider les expériences précédentes et constituer des grilles d'analyses pour la prise de décision des méthodologies à déployer. Au cours du projet, cette base méthodologique d'outils donne à la maîtrise d'ouvrage des critères d'analyse pour évaluer la dynamique de projet. Elle permet de faire émerger les problèmes liés à la modélisation de l'expertise, de préparer les phases de programmation et de faire ressortir dans ces deux cas des lieux de représentations propices à l'émergence d'indicateurs de performance relatifs à la spécificité du projet étudié. L'apport méthodologique pour la maîtrise d'ouvrage est constitué de la proposition et de l'analyse des quatre « piliers » de ressources à la modélisation et à l'intégration d'expertise (réseaux de concepts, listes de spécifications, corpus de document, outils de gestion). Ces piliers permettent de justifier une série de phases décrivant les enjeux de la modélisation (phases d'identification, d'extraction, de structuration et de formalisation) et de l'intégration (phases de raffinement, de spécification des développements, de diffusion et de maintenance). Grâce à une analyse des niveaux de maturité de la gestion initiale et attendue de l'expertise, ces « piliers » et ces phases permettent de cadrer le contexte d'un retour d'expérience ou d'un projet à déployer. En parallèle, trois couples de concepts, syntaxe / sémantique, infrastructure / architecture, domaine / projet, permettent un questionnement pour identifier les zones potentielles de problèmes dans les représentations et envisager des axes de résolution. Il est ainsi permis de contribuer au rapprochement du systématisme épistémologique de la gestion des connaissances avec la pratique empirique et pragmatique contenue dans les savoirs. La consolidation des liens entre ces aspects de l'expertise permet un pilotage de projet par des éléments réels de connaissances et d'expertise

Les systèmes embarqués dans l'automobile

Dorénavant les systèmes embarqués font partie intègre de notre vie, la majorité des individus possède aujourd’hui un système embarqué que ce soit chez soi, dans son véhicule ou bien directement sur soi. Nous pouvons actuellement en compter plus d’un milliard ayant chacun leurs spécificités, recouvrant tous les domaines que ce soit l’aéronautique, l’électroménager, la téléphonie ou encore l’automobile. L’amélioration de la qualité des produits et l’ajout constant de nouvelles fonctionnalités sont directement dus à l’intégration de systèmes embarqués et permettent, dans le cadre du développement économique, de créer de la valeur ajoutée, tout en améliorant la compétitivité de l’entreprise fabricante. Ainsi, les systèmes embarqués apportent une plus-value certaine aux caractéristiques du produit permettant de se différencier dans des marchés de masse tout en apportant une disponibilité de fonctions techniques et complexes. Le marché de l’automobile est en perpétuelle évolution avec une concurrence massive obligeant l’innovation et la démarcation des principaux acteurs du marché. L’intégration de nouveaux systèmes embarqués plus puissants, plus performants et pouvant proposer tout type de fonctionnalités, permet de répondre aux besoins des consommateurs de plus en plus exigeants. "Les trois grands axes d’avenir sont la voiture électrique, la voiture connectée et la voiture automatisée. L’électronique embarquée est transversale à tout cela. Elle jouera un rôle dans des fonctions aussi diverses que la gestion de la recharge électrique, le contrôle moteur, la connectivité du véhicule à son environnement extérieur, ou encore les systèmes d’assistance à la conduite". (Olivier Guetta, Chargé du développement des technologies de logiciel embarqué, Renault)

Sources laser planaires à cristaux photoniques pour une émission monomode à 1 micron en filière GaAs

Les progrès récents des nanotechnologies permettent d'envisager de nouvelles générations de diodes laser. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'apport des cristaux photoniques pour repousser les limitations des diodes laser conventionnelles et d'étudier leur faisabilité technologique compatible avec un pompage électrique dans la filière GaAs. Un premier volet présente la conception et la réalisation d'une source laser membranaire constituée par un guide à cristal photonique, émettant à 1 micron sous pompage optique. Plusieurs architectures de cavité sont successivement étudiées pour optimiser le comportement spectral. Nous montrons qu'une déformation de la maille photonique, associée à une optimisation de la largeur du guide, permet d'obtenir un fonctionnement monomode stable, et peu sensible à des effets parasites de réinjection optique. Ces propriétés confirment l'intérêt de cavités à cristaux photoniques pour surpasser les performances spectrales des diodes actuelles. Un second volet s'attache à lever le verrou technologique de la gravure à fort rapport d'aspect dans les alliages AlGaAs. Nous développons une technique de masquage multicouche adaptée aux procédés de gravure plasma du semiconducteur et aux dimensions submicroniques des cristaux photoniques. Nous proposons un procédé de gravure original, enchaînant des cycles de gravure et de passivation, permettant d'atteindre des gravures à fort rapport d'aspect (supérieur à 10 :1) pour des motifs submicroniques. Ces résultats ouvrent la voie à la réalisation de sources à pompage électrique entièrement définies par des cristaux photoniques planaires.Recent progresses in nanotechnologies enable the development of new generations of laser diodes. The goal of this thesis is to demonstrate the interest of photonic crystals to overstep the limitations of conventional laser diodes and to study the technological feasibility of electrically-pumped photonic crystal laser diodes in the AlGaAs/GaAs system. The first part presents the conception and the realization of optically-pumped laser sources on a membrane based on photonic-crystal waveguide. Several designs of cavity are successively proposed to optimize the spectral emission of the laser. We show that combining affine deformation of the photonic crystal and precise control of the width of the defect waveguide enables to achieve stable single-mode lasing together with robustness to optical feedback. These properties confirm the interest of photonic crystal cavities to overcome the spectral performances of conventional DFB laser diodes. The second part focuses on the critical etching of high aspect ratio photonic crystal holes in the AlGaAs system. We first develop a masking strategy involving a multilayer stack which satisfies the technological requirements for deep etching of sub-micrometer structures with an entirely ICP process. Then we propose an original etching process which combines both a passivation phase and an etch phase, allowing high aspect ratio etching (higher than 10:1) for submicronic dimensions. These results pave the way towards the realization of all photonic crystal laser diodes compatible with electrical pumping