Couverture ElectroniqueS n°127

La technologie des composants SiP RF, pourtant très attractive, est à l'heure actuelle d'un usage limité. Car, concevoir un tel circuit relève encore d'un processus d'« ingénierie experte ». Pour contourner cet obstacle, il convient de construire un flot de conception intégré. Mais celui-ci ne pourra se faire sans changement de méthodes. Dans le domaine de la communication mobile, sans fil, l'intégration de la voix, des données et de la vidéo sur un même équipement de petite taille accroît considérablement la complexité des circuits intégrés. Parallèlement, les besoins en signaux analogiques/mixtes et à contenus RF, généralement difficiles à implanter dans des SoC (systèmes sur puce), sont en forte augmentation. Conséquence, il devient impératif d'évaluer les différentes stratégies d'intégration possible, en tenant compte des performances électriques, des coûts et des risques associés à la démarche choisie.Dans ce contexte, la technologie SiP (System in package) est attractive car elle autorise l'incorporation au sein d'un unique boîtier des circuits intégrés fabriqués selon divers procédés. Mais le frein à son réel essor reste l'absence de flots de conception complets, de l'analyse au niveau système jusqu'à l'implantation physique. Car le manque d'intégration des outils de CAO entre eux, lié notamment à l'absence d'interfaces standard de données entre les différentes disciplines et équipes concernées (gestion des circuits imprimés, des boîtiers, des circuits intégrés, des tests des prototypes, etc. ), entraîne une multiplication des cycles de fabrication. Ce qui fait qu'aujourd'hui encore, la conception de SiP demeure un processus complexe avec un degré de collaboration entre les acteurs des divers domaines impliqués très faible, voire inexistant (encadré I).Rappelons en préalable qu'un système SiP RF est constitué de plusieurs composants issus de technologies différentes, tous intégrés dans un seul boîtier (figure 1). Pour réussir un circuit SiP RF, il faut donc mettre en &oelig;uvre une solution de simulation complète capable de vérifier les parties analogiques, mixtes et RF de la conception mais aussi la puce dans son intégralité. De plus, ces simulations doivent supporter plusieurs technologies de fabrication (Cmos 180 nm pour l'analogique, Cmos 90 nm pour le numérique et substrat spécifique pour la partie RF du SiP).Sur ces circuits, la partie RF apporte un facteur de complexité supplémentaire en raison du caractère « haute fréquence » des signaux qu'elle traite. Ce qui implique des techniques d'analyse spécialisées dans les domaines temporels et fréquentiels, en particulier le recours à l'analyse basée sur l'enveloppe, plus rapide pour simuler des circuits combinant des signaux à très hautes et très basses fréquences.Au-delà, les systèmes RF sont extrêmement dépendants des composants passifs en ce qui concerne l'adaptation, la syntonisation, le filtrage et la polarisation. Deux types de technologies d'intégration sont utilisés dans le cadre des circuits SiP RF : les dispositifs passifs intégrés et les composants passifs encastrés.En règle générale, les dispositifs passifs intégrés sont des solutions à couches minces de verre, de GaAs (arséniure de gallium) ou de silicium interfacées au SiP grâce aux technologies de micro-câblage (bonding) ou de flip-chip. Quant à la technologie des composants passifs encastrés, elle intègre le dispositif passif au substrat du circuit SiP RF comme s'il s'agissait d'une inductance spirale ou d'un condensateur interdigité. Comparées aux résistances et aux condensateurs intégrés, les inductances en spirale nécessitent une synthèse dédiée et des fonctions d'analyse spécifiques. Par exemple, les concepteurs ont parfois besoin, pendant une opération d'extraction de parasites post-layout, de recourir à un solveur de champ pour capturer les effets de couplage entre les différents inducteurs et/ou entre des interconnexions.D'autres effets liés à la conception physique peuvent aussi avoir des répercussions sur les circuits RF. Le concepteur doit donc inclure dans son flot des modèles précis des interconnexions durant la simulation. Pour certains composants critiques ou les structures 3D, comme les fils de bonding, des simulations électro-magnétiques peuvent même nécessiter la capture des paramètres S pour atteindre un plus haut degré de précision.Enfin, signalons qu'en RF la performance d'un circuit est extrêmement sensible à la topologie choisie. Ce qui impose en général un grand nombre d'itérations entre le layout, l'extraction et la conception du circuit. Pour limiter ce phénomène, un flot piloté par les contraintes permet de mieux respecter les intentions du concepteur.Références1. Dunham, W., Kirkham, R., Stolarz, D., Hartung, J., « RF module design : requirements and issues », RF Design Journal, juin 2003.2. McCaffrey, B., « Exploring the challenges in creating a high-quality mains-tream design solution for system-in-package (SiP) design », sixième symposium international IEEE sur la qualité de la conception électronique (ISQED 2005), pages 556 à 561.3. Livre blanc : « The advanced custom design methodology », http://www.cadence.com/whitepapers/Virtuoso_methodologyWP.pdf4. Livre blanc : « The RFIC design methodology and flow »,http://www.cadence.com/whitepapers/rf_design_methodology.pdf5. Hartung, J., « Integrated passive components in MCM-Si technologies and their application in RF-systems », conférence internationale sur les modules multipuces et les assemblages compacts (MCM '98), les 4 et 5 avril 1998, à Denver.

Une conception complète des SiP RF impose un flot intégré

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