Thèse System-Level Reliability And Remaining Useful Life Modeling For The Reuse Of Rf Chips H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes École doctorale : EEATS - Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal Laboratoire de recherche : Techniques de l'Informatique et de la Microélectronique pour l'Architecture des systèmes intégrés Direction de la thèse : Manuel José BARRAGAN ASIAN ORCID 000000030187604X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-30T23:59:59 Les technologies semi-conductrices sont au coeur des infrastructures numériques modernes (communications, mobilité, santé, énergie, automatisation industrielle). Pourtant, leur fabrication consomme des ressources critiques (eau ultra-pure, énergie, matières premières) et génère un impact environnemental majeur. En fin de vie, les systèmes électroniques sont surtout broyés pour récupérer des métaux précieux (or, argent, palladium, etc.), détruisant ainsi la valeur fonctionnelle des circuits intégrés. La réutilisation fonctionnelle reste marginale, faute de méthodologies fiables pour qualifier les composants de seconde vie.
Les circuits et modules RF (Wi-Fi, Bluetooth, LTE, 5G) sont des cibles prometteuses pour la réutilisation, grâce à leur stabilité à long terme et leur robustesse. De nombreux appareils jetés (smartphones, routeurs, tablettes) contiennent des modules RF encore opérationnels. Cependant, aucune méthode standardisée n'existe pour évaluer leur qualité résiduelle, leur état de santé ou prédire leur durée de vie utile résiduelle (RUL) dans des applications de seconde vie (IoT, edge computing).
La science de la fiabilité s'est traditionnellement concentrée sur les mécanismes de dégradation au niveau des composants (effets de porteurs chauds, piégeage de charges, électromigration, contraintes thermiques). Les techniques avancées de caractérisation DC/RF permettent d'analyser le vieillissement des transistors, mais l'évaluation de la fiabilité au niveau système des circuits intégrés usagés reste peu explorée. Les méthodologies actuelles extrapolent la fiabilité système à partir de modèles composants, sans évaluation directe des modules vieillis. Aucun protocole de notation ou cadre de garantie n'existe pour les systèmes RF réutilisés.
Les progrès récents en imagerie non destructive (tomographie X haute énergie, laminographie) permettent une inspection structurelle 3D sans destruction. Parallèlement, la cartographie thermique, l'analyse des émissions électromagnétiques et l'empreinte RF offrent des indicateurs électriques prometteurs de dégradation. Cependant, ces approches ne sont pas encore intégrées dans un cadre diagnostique unifié au niveau système.
Problématique centrale : Il n'existe aujourd'hui aucune méthodologie rapide, non invasive et au niveau système pour noter les circuits RF usagés et prédire leur RUL.
Ce projet de thèse propose de développer un cadre de fiabilité multimodal combinant empreinte RF, analyse thermique et imagerie structurelle non destructive. Il s'appuie sur la complémentarité entre le TIMA (modélisation système, méthodologies de test) et le CEA-Leti (expertise RF, plateformes de caractérisation avancées), avec l'appui des capacités d'imagerie de l'ESRF. L'UCLouvain (groupe RF-SOI de Pr. Jean-Pierre Raskin) participera activement à l'encadrement. Ce dernier, titulaire de la Chaire d'excellence en éco-innovation au CEA-Leti & UGA depuis janvier 2024, apporte une expertise reconnue en circuits RF et ondes millimétriques, ainsi qu'en simulation et caractérisation de technologies avancées.
Les technologies semi-conductrices sont au coeur des infrastructures numériques modernes (communications, mobilité, santé, énergie, automatisation industrielle). Pourtant, leur fabrication consomme des ressources critiques (eau ultra-pure, énergie, matières premières) et génère un impact environnemental majeur. En fin de vie, les systèmes électroniques sont surtout broyés pour récupérer des métaux précieux (or, argent, palladium, etc.), détruisant ainsi la valeur fonctionnelle des circuits intégrés. La réutilisation fonctionnelle reste marginale, faute de méthodologies fiables pour qualifier les composants de seconde vie.
Les circuits et modules RF (Wi-Fi, Bluetooth, LTE, 5G) sont des cibles prometteuses pour la réutilisation, grâce à leur stabilité à long terme et leur robustesse. De nombreux appareils jetés (smartphones, routeurs, tablettes) contiennent des modules RF encore opérationnels. Cependant, aucune méthode standardisée n'existe pour évaluer leur qualité résiduelle, leur état de santé ou prédire leur durée de vie utile résiduelle (RUL) dans des applications de seconde vie (IoT, edge computing).
La science de la fiabilité s'est traditionnellement concentrée sur les mécanismes de dégradation au niveau des composants (effets de porteurs chauds, piégeage de charges, électromigration, contraintes thermiques). Les techniques avancées de caractérisation DC/RF permettent d'analyser le vieillissement des transistors, mais l'évaluation de la fiabilité au niveau système des circuits intégrés usagés reste peu explorée. Les méthodologies actuelles extrapolent la fiabilité système à partir de modèles composants, sans évaluation directe des modules vieillis. Aucun protocole de notation ou cadre de garantie n'existe pour les systèmes RF réutilisés.
Les progrès récents en imagerie non destructive (tomographie X haute énergie, laminographie) permettent une inspection structurelle 3D sans destruction. Parallèlement, la cartographie thermique, l'analyse des émissions électromagnétiques et l'empreinte RF offrent des indicateurs électriques prometteurs de dégradation. Cependant, ces approches ne sont pas encore intégrées dans un cadre diagnostique unifié au niveau système.

Ingénierie électrique et électronique