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Sujet de Thèse : Méthodologie d’optimisation de plan de test pour l’évaluation de la fiabilité de composants optoélectroniques
Dates : 2017/12/01 - 2020/11/30
Directeur(s) CRAN : Benoît IUNG , Van Phuc DO
Autre(s) Directeur(s) : Dr. Laurent MENDIZABAL (laurent.mendizabal@cea.fr)
Description : Contexte scientifique et sujet de recherche détaillé
Du fait des récents progrès liés à leur intégration (hybridation, collage direct, TSV…), les composants électroniques deviennent de plus en plus complexes. Cette complexité a des conséquences sur l’étude de leur fiabilité, notamment au travers du nombre de tests à appliquer et du temps nécessaire à leur application. A cela viennent se rajouter de nouvelles problématiques telles que les interactions existant dans le vieillissement des différents éléments du composant. Ce point s’observe particulièrement dans le domaine de la photonique, au 4raveRs ee la photonique sur silicium, mais aussi dans les domaines des télécoms, de la détection, de l’affichage… domaines dans lesquels les composants associent dans un même objet différents éléments actifs et passifs. Pour des composants d’une telle complexité, la lourdeur des tests nécessaires à l’évaluation de leur durée de vie ainsi qu’à la détermination de leurs modes de défaillances, est rédhibitoire.

Par conséquent dans le contexte de ce défi, l’objectif global de la thèse proposée est de développer une méthodologie (générique) d’optimisation de plan de test pour l’évaluation de la fiabilité de composants optoélectroniques complexes. La notion de complexe est à rapprocher de la notion de système, à savoir un ensemble de composants élémentaires en interaction pour délivrer le service global attendu Cette notion d’interaction se construit sur différents types de dépendances qui sont, soit maitrisées dès la conception (ex. topologique, fonctionnelle, physique) ou soit émergentes dans le fonctionnement (ex. propagation de dégradations, rayonnement). Sur la base de cette vision système, une des originalités de cette méthodologie en regard des procédures actuelles de test doit être de combiner différents types de connaissances/analyses pour optimiser la procédure de test à mettre en œuvre et non plus travailler uniquement par tests de fiabilité empiriques. Dans la même logique, une deuxième originalité est le développement de modèles de fiabilité de niveau système, à partir de ces connaissances, pour offrir un autre moyen de calculer/vérifier une fiabilité avec un certain degré de confiance.

Ce travail doit se structurer sur trois phases majeures : (1) la réalisation d’une étude théorique des interactions possibles entre les différents éléments du composant étudié et des caractérisations permettant de les mettre en évidence ; (2) la conception d’un plan de test de fiabilité optimisé, intégrant des méthodologies expérimentales originales ainsi que des modèles de durée de vie ou de dégradation en s’appuyant sur des méthodologies de sûreté de fonctionnement et les résultats de la phase précédente; (3) la validation des modèles développés, avant de mettre en pratique ce plan de test pour évaluer sa performance face à des essais classiques de fiabilité composant.

Les verrous scientifiques adressés par la thèse en regard de l’objectif et des phases proposées, sont les suivants:
- Modélisation et quantification des impacts des dépendances entre les différents éléments du composant étudié sur un processus de détérioration/défaillance du composant ;
- Modélisation et formalisation de modèles de fiabilité en tenant en compte non seulement de la caractérisation du composant mais aussi des facteurs de contextualisation qui peuvent être générés par un test accéléré ;
- Développement d’un plan de test de fiabilité optimisé en intégrant des méthodologies expérimentales originales ainsi que des modèles de durée de vie ou de dégradation;
- Analyse de données obtenues pour estimer des paramètres des modèles de fiabilité proposés ;
- Validation des modèles de fiabilité proposés.
Les techniques/outils privilégiés dans cette thèse sont :
- pour la modélisation et quantification de dépendances: modèles de copules, Mixture models ;
- pour la modélisation de défaillance/dégradation: processus stochastiques (Gamma, Wiener, Markov, Weibull) ;
- pour le développement des algorithmes d’estimation de paramètres: maximum vraisemblance , filtres particulaires;
- pour le logiciel de calcul: Matlab

Liste de publications les plus significatives
[1] - Xu, A., & Tang, Y. (2015). A Bayesian method for planning accelerated life testing. IEEE Transactions on Reliability, 64(4), 1383-1392.
[2] -Mettas, A. (2000). Modeling and analysis for multiple stress-type accelerated life data. In Reliability and Maintainability Symposium, 2000. Proceedings. Annual (pp. 138-143). IEEE.
[3] -Luo, W., Zhang, C. H., Tan, Y. Y., & Chen, X. (2011, January). System reliability assessment as components undergo accelerated testing. In Reliability and Maintainability Symposium (RAMS), 2011 Proceedings-Annual (pp. 1-6). IEEE.
[4] -Cai, M., Yang, D. G., Chen, W. B., Jia, H. L., Tian, K. M., Guo, W. L., & Zhang, G. Q. (2013, August). A reliability analysis method for LED luminaires based on step stress accelerated degradation test. In Electronic Packaging Technology (ICEPT), 2013 14th International Conference on (pp. 1207-1211). IEEE.
[5] -Li, X., Hu, Y., Li, R., & Liu, L. (2016, October). Bayesian optimal design of sequential stress accelerated degradation testing. In Prognostics and System Health Management Conference (PHM-Chengdu), 2016 (pp. 1-6). IEEE.
[6] -Cohen, G., & Mclinn, J. (2016, September). Challenges in setting up and analyzing a multi-stress accelerated test. In Accelerated Stress Testing & Reliability Conference (ASTR), 2016 IEEE (pp. 1-6). IEEE.
[7]- Assaf Roy, Phuc Do, Scarf Phil, Samia Nefti-Meziani. Wear rate-state interaction modelling for a multi-component systems: models and an experimental platform. 3rd IFAC Workshop on Advanced Maintenance Engineering, Service and Technology, Oct 2016, BIARRITZ, France
[8]- Hai Canh Vu, Phuc Do, Benoît Iung, Flavien Peysson. A case study on health prediction of an industrial diesel motor using particle filtering. International Conference on Prognostics and Health Management, PHM-Harbin 2017, Jul 2017, Harbin, China
[9] –Méthodologie d’analyse de défaillance pour l’évaluation de la fiabilité de diodes électroluminescentes GaN. Thèse soutenue 2011 à l’université de Bordeaux.
[10] -Bertrand Chambion. Etude de la fiabilité de modules à base de LEDs blanches pour applications automobile. Thèse soutenue 2014 à l’université de Bordeaux.
Mots clés : Fiabilité, test accéléré, optimisation, LED, processus stochastiques
Conditions : Financement de la thèse : contrat industriel (sur le même principe d’un CIFRE) avec le CEA LETI de Grenoble sur 3 ans à partir du 01/12/2017.

Le candidat sera situé géographiquement sur les sites de CEA LETI à Grenoble et dans les locaux du CRAN (Centre de Recherche en Automatique de Nancy UMR CNRS 7039) à Vandoeuvre-les-Nancy.

Profil du candidat : Master ou ingénieur en optoélectronique - microélectronique avec des connaissances en fiabilité. Les candidats intéressés peuvent candidater directement sur le site de CEA https://academicpositions.fr/ad/cea-tech/2017/phd-methodologie-d-optimisation-de-plan-de-test-pour-l-evaluation-de-la-fiabilite-de-composants-optoelectroniques/101933
Département(s) :
Ingénierie des Systèmes Eco-Techniques
Financement : Contrat industriel (sur le même principe d’un CIFRE)