Topic description
Les technologies semi-conductrices sont au cœur 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, apporte une expertise reconnue en circuits RF et ondes millimétriques, ainsi qu'en simulation et caractérisation de technologies avancées.
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Semiconductor technologies underpin modern digital infrastructures—communications, mobility, healthcare, energy, and industrial automation. Yet, their production demands ultra-pure water, vast energy, and critical raw materials, creating significant environmental impact. At end-of-life, electronic systems are typically shredded for material recovery, salvaging precious metals (gold, silver, palladium, etc.) but destroying most of the functional value embedded in integrated circuits. Functional reuse remains minimal due to the lack of reliable qualification methods for second-life components.
RF integrated circuits (RFICs) and modules are prime candidates for reuse. Communication standards like Wi-Fi, Bluetooth, LTE, and 5G are long-term stable, and RF system-on-chip architectures are highly integrated and robust. Many discarded consumer devices (smartphones, routers, tablets) contain RF modules that remain electrically functional. However, no standardized method exists to assess their residual quality, grade their health, or predict their Remaining Useful Life (RUL) in second-life applications such as IoT or edge devices.
Reliability science has focused on device-level degradation (hot-carrier effects, charge trapping, electromigration, thermal stress). Advanced DC and RF characterization techniques enable detailed transistor aging analysis, but system-level reliability assessment of used ICs remains largely unexplored. Current approaches extrapolate system reliability from component-level models without directly evaluating aged modules. No grading protocol or warranty-compatible framework exists for reused RF systems.
Recent advances in non-destructive imaging—high-energy X-ray tomography and laminography—enable 3D structural inspection without physical destruction. Meanwhile, thermal mapping, electromagnetic emission analysis, and RF fingerprinting provide promising electrical degradation indicators. Yet, these methods are not integrated into a unified, system-level diagnostic framework.
Core challenge: There is currently no fast, non-invasive, system-level methodology to grade used RF ICs and predict their RUL.
This PhD project addresses this gap by developing a multi-modal reliability framework combining RF fingerprinting, thermal analysis, and non-destructive structural imaging. It leverages the synergy between TIMA (system-level modeling, test methodologies) and CEA-Leti (RF expertise, advanced characterization platforms), with support from ESRF imaging capabilities. UCLouvain's RF-SOI group, led by Prof. Jean-Pierre Raskin, will actively supervise the PhD student. Prof. Raskin, holder of the Chair of Excellence in Eco-Innovation at CEA-Leti & UGA since January, brings deep expertise in RF and millimeter-wave ICs, including advanced technology simulation and characterization.
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Début de la thèse : 01/10/
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