Intégration hétérogène 3D (System-In-Package) pour objets COmmunicants en gamme Millimétrique – SIPCOM

L’atteinte prévisible des limites de la loi de Moore dans les dix prochaines années poussent les concepteurs de systèmes de communication à intégrer le maximum de fonctionnalités dans des modules 3D de plus en plus petits, incluant des capteurs, de l’intelligence embarquée, des modules radio avec leurs antennes,(Approche More than Moore). On passe donc du concept de SoC (System-on-Chip) au concept de SiP (Systemin- Package) pouvant intégrer des SoC mais offrant d’autres fonctionnalités au niveau de la perception de l’environnement, de la communication, de la reconfigurabilité et de la possibilité d’auto-organisation en réseau ad-hoc, tout en minimisant le volume et la consommation énergétique. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet SIPCOM, qui vise à démontrer la faisabilité d’une intégration hétérogène (System- In-Package) miniature, faible coût associant des MEMS RF à des circuits MMIC actifs et des antennes intelligentes pour établir des communications robustes en gamme millimétrique. Pour cela, nous proposons dans le projet SIPCOM la réalisation et le test d’un module radio ultra compact et performant en gamme millimétrique grâce à une l’approche d’« intégration hétérogène ». Ce module intégrera toutes les fonctions nécessaires pour la réalisation d’un émetteur 60 GHz : le réseau d’antennes, les déphaseurs à base de MEMS pour assurer l’agilité du faisceau, le convertisseur DC/DC pour alimenter les MEMS, un FPGA (du commerce) pour commander la reconfigurabilité du module radio et les circuits mise en veille/réveil du module pour une consommation minimale. Les autres circuits millimétriques 60 GHz seront fournis par l’IEMN. Ce projet se compose de sept sous-projets qui portent sur les différents aspects de notre approche SiP. Un premier sous-projet (SP1) concerne les spécifications du module SiP. Le second sous-projet (SP2) se focalisera sur la conception et la simulation des fonctions intégrées au sein du SiP (antennes, déphaseur à MEMS, mise en veille/réveil). Un troisième sous-projet (SP3) concerne la fabrication et la caractérisation des fonctions conçues durant le SP2 et la validation du fonctionnement de l’ensemble : FPGA/MEMS RF/Pompe de charge. Le quatrième sous-projet (SP4) se concentre sur la conception, la fabrication et la caractérisation de la plateforme technologique 3D (SiP). Au cours du cinquième sous-projet (SP5), le démonstrateur final du projet (module radio 60 GHz) sera réalisé et caractérisé pour démontrer la faisabilité d’une intégration hétérogène (System-In-Package) miniature, faible coût associant des MEMS RF à des circuits MMIC actifs pour la réalisation de module radio intelligent en gamme millimétrique.La conception d’un SiP nécessite l’utilisation d’outils de simulation et d’analyse 3D dans différents domaines en interaction : mécanique, thermique, électromécanique, électrothermique, électrique et électromagnétique. Une approche SiP nécessite donc un environnement de coconception. Dans le projet SIPCOM, les partenaires développeront une méthodologie de conception globale basée sur l’utilisation optimale des plateformes de CAO commerciales disponibles dans les domaines mécanique et thermique (ANSYS), électromagnétique (HFSS, CST,ADS, FEKO,…) et électrique (ADS). Durant le projet, les réalisations technologiques permettront de lever les verrous liés à l’intégration hétérogène de différents matériaux qui devront être micro-usinés et assemblés comme par exemple :le collage des substrats par fine couche de BCB et les problèmes thermiques associés, la métallisation des trous pour l’interconnexion 3D et les drains thermiques, le report des puces millimétriques et l’intégration du réseau d’antennes dans/sur le boîtier, le packaging des fonctions à base de MEMS, l'encapsulation des fonctions actives et l’herméticité du module. Enfin deux sous-projets (SP0 et SP6) sont consacrés au management et à la diffusion des résultats.