Vers une filière et un support de conception EDA (Electronic Design
Christophe Gineste1, Thierry Bouchet1, Olivier Gatti1, Jean-Christophe Crébier2, Patrick Austin3,4, Nicolas Rouger2, Abdelhakim Bourennane3, Frédéric Morancho3 ,Marie Breil3
1 ADIS Innovation, 100 impasse des Houillères, ZI le Pontet 13590 Meyreuil
2 G2ELAB, ENSE3 bat D 11, rue des Mathématiques BP 46 38402 St Martin d'Hères Cedex
3 CNRS, LAAS, 7 avenue du colonel Roche, F-31400 Toulouse, France
Remerciements
Conclusion et Perspectives
Résumé
Afin de répondre aux nouveaux défis de la gestion d’énergie orientés vers les moyennes et hautes tensions, ADIS Innovation développe une filière technologique d’intégration
monolithique. Autour d’un cœur technologique qualifié et à l’aide d’outils de conception EDA (Electronic Device Automation), ADIS sera en mesure de fournir des produits industriels
qualifiés intégrant des fonctions de coupure pour répondre aux exigences en termes d‘intégration, de fiabilité et de performance énergétique. D’abord validée sur silicium, cette filière
sera ensuite déclinée sur les matériaux à large bande interdite — grand gap — (SiC, GaN).
ADIS Innovation remercie les chercheurs des laboratoires G2ELAB et LAAS qui nous soutiennent dans cette initiative de valorisation industrielle et pour la plupart tres impliqués dans l’activité d’intégration
fonctionnelle de puissance depuis de nombreuses années.
Vers une filière et un support de conception EDA (Electronic Design Automation) des
fonctions de coupure spécifiques
Choix intégration monolithique ou hybride en fonction application:
- Puissance et commande sur une même puce
- Puissance et commande sur puce reportée (chip on board, chip on chip, flip-chip..)
Solution innovante du produit ADIS Innovation
ADIS Innovation une solution en composants de puissance intégrés
Objectif ADIS = répondre aux besoins de conception et fabrication des composants de puissance
intégrés dédiés en s'appuyant sur un cœur technologique propriétaire.
! nouveaux besoins croissants de la conversion d’énergie orientée vers les moyennes et fortes
puissances.
Composants intégrés à l’aide triptyque:
- Coeur technologique de puissance à structure verticale type MOS/Bipolaire,
- Design Kit (un outil de conception EDA)
- Technologie de puissance intégrée
Outil de conception EDA
Cœur ADIS
Innovation
MOS
V > 100V
I > 1 A
Commandes
Auto
Alimentées
Détecteurs
Température
Détecteurs
Court-
Circuit
Détecteurs
Tension
Drivers
Intégrés
INTEGRATION
vs
Surface
INTEGRATION
vs
Fonctionnalité
Taille et Prix
consommation
énergétique
réduite
Fiabilité
et
Sécurité
Performance
électrique
(τ,I,V)
BESOINS
PRODUIT
ADIS Innovation
GAIN
Coeur technologique ADIS Innovation
Vers une filière technologique industrielle intégrée
- Brique initiale des futurs composants développés.
- Cellule de puissance à structure verticale de type MOS/Bipolaire autour de laquelle s’articuleront
les fonctions monolithiques.
Association à un ensemble d’étapes technologiques robustes, un substrat configuration variable et
a un packaging spécifique favorisant l'intégration fonctionnelle monolithique.
ajouter des fonctionnalités complémentaires au cœur de puissance discret pour rendre le composant
plus « intelligent ».
! fonctions avec la même technologie et en même temps que le cœur de puissance
! cohabitation fonction/cœur de puissance doit s’établir sur une filière technologique optimisée
mais figée afin d’être industrialisable
Le cœur technologique d’ADIS Innovation associé à l’intégration fonctionnelle est en mesure de répondre à l’attente du marché orienté vers les puissances croissantes en proposant une solution industrielle
intégrée, fiable et performante pour les applications de demain. Ainsi pour aboutir, il est nécessaire de disposer :
• d’une filière technologique monolithique de puissance industrielle qualifiée d’abord en silicium et facilement adaptable aux matériaux « grand gap » (GaN, SiC)
• des méthodes et outils de la microélectronique transposés à l’électronique de puissance (EP) : CAPSis (travaux G2ELAB).
ADIS Innovation validera dès 2012 sa filière technologique à l’aide d’un premier prototype intégré d’abord sur une technologie silicium puis déclinera son offre sur les matériaux « grand gap » tels que le GaN et le
SiC. En s’appuyant sur les travaux des laboratoires G2ELAB et LAAS, ADIS Innovation finalisera le développement du « design kit » associé à la technologie de puissance monolithique intégrant modèles et
bibliothèques de fonctions.
! Valoriser la Plateforme CAPsis développée au G2ELAB Convergence de la méthodologie de
conception de la microélectronique à l’électronique de puissance
! Développement d’un design kit indispensable à l’émergence de fonctions de coupure autonomes
« complexes ».
" Intégration au sein même du composant des fonctions : alimentations, capteurs, amplifications, protections, transfert d’ordres, …
N+
N-
P+ N+
P+
N+
" Cœur MOS/Bipolaire
N+
N+
P- P-
N-
P+
N+
N+
P- P-
N-
N+
P+
Intégration fonctionelle
" Intégration hybride Forte puissance > 1kW
" Intégration monolithique Faible puissance
Technologie HVIC ou
« Viper » de ST
Puissance et signal
sur une même puce
- Gamme tension limitées (qq 100V max)
- Complexité techno (>14 niveaux)
- Incompatible avec structure verticale
Inconvénients:
Inconvénients:
- Volumineux et lourd
- Procédé assemblage complexe
- Augmente risque de fiabilité
- Large gamme tension (qq Volts à plusieurs 100 V)
- Faible complexité technologique (≈ 10 niveaux)
- Compatible avec structure verticale
- Performances électriques accrues
Avantage:
" Filière technologique figée pour assurer un design fiable et performant
" Nouveaux boitiers pour un produit complet
VDMOS N LDMOS P LDMOS
! Optimisation des performances = nouvelles solutions boitiers:
- P-COC: Power Chip on Chip
- P-SoC: Power System on Chip
- Multi Switch Single die
Cœur ADIS
&
intégration de
fonctions
Architecture de la plateforme de conception
• Design kit: conception géographique
" Simulation, masque, DRC, extraction
• Simulation techno: conception géologique
Plots contact
Source
Bumps (driver flip-chip)
Plots contact capacités
stockage
Plots
contact Grille
Puce
Driver CMOS
Capacité
stockage
Fils arrivée signal
Contact Source
Cœur Puissance
(VDMOS)
Contact DRain
Plateforme CAPsis
Cahier
Des
Charges
Base de données
Technologie,
modèles, masques
Schématique
Par am calage de s modè le s
Conception
Cadence (Design Kit)
Mod ule conce ption
« Géo graph iq ue »
(s imu l, design ,masque,e xtra ct, …)
Silvaco (ATLAS, ATHENA)
Mod ule conce ption
« Géo lo giq ue »
(conception f ilière )
Para m te chnol ogi qu es
Fichiers GDS
Gestion projets
Sous traitance creation
réticules
Jeu de
masque
Réalisation technologique
Sous traitance fondeur service
(salle blanche)
Prototypes
(d onné es pr oces s
Vt,BV,…)
Caractérisation
technologique & electrique
Caractérisation physique &
électrique
Paramètre des modèles
tec hn ol ogi qu es ou él ect riq ue s
« pr oces s Flow »
Puce IGBT
Puce de diode
Anti-parallèle
Fils de bonding
Connexion de puissance
MOS Bipolaire
Solution filière = mutualisation
autour technologie cœur intégré
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