Brevet FR2807546A1 — publié le 20011012

STRUCTURE D'ELEMENTS A HAUTE DENSITE FORMEE PAR ASSEMBLAGE DE COUCHES ET SON PROCEDE DE FABRICATION Domaine technique et art antérieur L'invention concerne une structure comprenant une succession d'éléments destinés à émettre ou à recevoir un signal le long d'un axe. L'invention s'applique avantageusement cas les éléments destinés à émettre ou à recevoir le signal doivent atteindre une haute densité. peut s agir, par exemple, de réseaux de composants optiques (diodes laser, fibres optiques, détecteurs), de reseaux d'antennes, de têtes d'impression, etc.. A titre d'exemple non limitatif, l'invention sera plus particulièrement décrite dans le cas 'une tête d'impression. Une technique d'impression connue est 'impression à l'aide de barrettes. Chaque barrette comprend des éléments alignés côte à côte. Chaque elément est soit une tête magnétique, soit une résistance, selon que le signal d'impression est magx.Létostatique ou thermique. Une ou plusieurs barrettes mises bout à bout forment une ligne la largeur du support à imprimer. Le support qui reçoit l'impression défile par rapport aux barrettes qui transforment les signaux électriques d'écriture reçus soit en signaux magnétiques, soit en signaux thermiques. L'impression du support s'effectue ligne par ligne par défilement relatif du support ou des barrettes. Chaque élement reçoit un signal d'écriture qui se renouvelle à chaque ligne à imprimer. Plusieurs procédés de fabrication de tête d impression sont connus de l'art antérieur. Une première technique connue consiste à assembler des têtes d'impression individuelles. Une tete d'impression individuelle peut comporter, par exemple, une tête magnétique commandée par une diode ou un transistor. La tête magnétique est réalisée sur un support mécanique et la diode de commande est soudée sur le support. Les têtes d'impression individuelles sont alors montées sur un support mécanique avec un interposeur entre les têtes. Cette méthode de fabrication limite la resolution de la tête d'impression des valeurs comprises entre 150 et 300 dpi (dpi pour "dot per inch"). Une deuxième méthode de fabrication est liée techniques de la micro-électronique. Les têtes d'impression sont alors réalisées de façon collective un substrat semi-conducteur. exemple de structure collective de têtes d'impression obtenue selon cette deuxième méthode est représentée en figure La tête d'impression 1 est constituée d'un ensemble de têtes magnétiques individuelles 3 réalisées sur un substrat semi-conducteur 4. Chaque tête magnétique individuelle 3 est commandée par une diode 2. Les diodes 2 peuvent être intégrées ou rapportées sur le substrat semi-conducteur 4. Cette deuxième technique de fabrication permet d atteindre des résolutions de l'ordre de 600 dpi. Cependant, de telles résolutions ne peuvent être atteintes qu'à l'aide d'une réduction de la taille des têtes magnétiques. De façon désavantageuse il en résulte une diminution de l'intensité du champ magnétique induit par les têtes magnétiques. Cette technique présente également d'autres inconvénients. Comme représenté en figure 2, le tambour 5 de l'imprimante vient au contact des têtes magnétiques 3. Dans cas où les diodes 2 sont rapportées sur le substrat 4, il est alors nécessaire d'éloigner les diodes des têtes 3 afin d'éviter que le tambour ne vienne au contact des diodes. La zone située entre diodes 2 et les têtes 3 est alors perdue. La longueur de la ligne qui sépare une diode 2 d'une tete magnétique 3 peut alors présenter une résistance électrique susceptible de réduire les performances de la tête magnétique. Dans le cas où les diodes 2 sont intégrées substrat 4, l'inconvénient mentionné ci-dessus n'existe pas. Cependant, il est alors nécessaire de mettre oeuvre deux technologies de fabrication différentes une pour les diodes, une autre pour les têtes magnétiques. Le rendement de fabrication s'en trouve diminué. L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Exposé de l'invention En effet, l'invention concerne une structure comprenant une succession d'éléments pour émettre ou recevoir un signal le long d'un axe. Au moins deux éléments successifs selon la direction de l'axe sont décalés l'un par rapport à l'autre, dans direction perpendiculaire à l'axe. Selon le mode de réalisation préferentiel de l'invention, la structure comprend au moins un ensemble d'au moins deux couches de matériau déposées sur un substrat de réception, chaque couche de matériau comprenant une succession d'éléments alignes selon une direction parallèle à l'axe, deux éléments successifs de la structure selon la direction parallèle à l'axe appartenant à des couches différentes. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une structure comprenant succession d'éléments pour émettre ou recevoir un signal le long d'un . Le procédé comprend une étape assemblage d'au moins deux couches de matériau comprenant, chacune, une succession d'éléments alignés selon une direction parallèle à l'axe, l'assemblage étant effectué de façon que deux éléments successifs de la structure selon la direction parallèle à l'axe appartiennent à deux couches différentes. Selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, l'assemblage des couches de matériau est réalisé par transfert de couches depuis un support de transfert vers un substrat de réception et par mise en contact adhérant des couches transférées. L'invention concerne également une tête d'impression comprenant une succession de têtes magnétiques ou de résistances pour réaliser une impression le long d'un axe. La tête d'impression est une structure telle que selon l'invention. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une tête d'impression comprenant une succession de têtes magnétiques ou de résistances pour réaliser une impression le long d'un axe. Le procédé met en ceuvre une procédé selon l'invention tel que mentionné ci-dessus. L'invention permet avantageusement d'obtenir une structure à haute résolution. Il est possible d'atteindre, par exemple, des résolutions de l'ordre de 1200 dpi, voire plus, par report de couches successifs. Dans la suite de la description l'invention sera plus particulièrement décrite dans cas où la structure est une tête d'impression dont les éléments sont des têtes magnétiques. De façon plus générale, comme cela a été mentionné précédemment, l'invention concerne toute structure comprenant succession d'éléments pour émettre ou recevoir un signal le long d'un : réseau de composants optiques diodes laser, fibres optiques, détecteurs), réseaux d'antennes, etc.. Brève description des figures 'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation de l'invention fait en référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente une tête d'impression selon l'art antérieur, - la figure 2 représente une vue en coupe de la tête d impression de la figure 1, équipée de son tambour - la figure 3 représente une vue en perspective d'un premier mode de réalisation de tête d'impression selon l'invention, - les figures 4A et 4B représentent respectivement une vue en coupe longitudinale d'une tête d'impression et une vue en coupe transversale d'un substrat comportant les têtes d'impression selon l'invention, - les figures 5A à 5F représentent un procédé de fabrication de tête d'impression selon le deuxième mode de réalisation représenté aux figures 4A 4B, - les figures 6A à 6F représentent différents exemples de tête d'impression selon l'invention. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments. Les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment, il est donc inutile d'y revenir. La figure 3 représente une vue en perspective de deux sous-ensembles permettant de réaliser un premier exemple de tête d'impression selon l'invention. Un premier sous-ensemble E1 comprend une première barrette 6, une deuxième barrette 7, et plusieurs blocs de diodes B1, B2, B3. Un deuxième sous- ensemble E2, identique au premier sous-ensemble E1, comprend une première barrette 8, une deuxième barrette 9 plusieurs blocs de diodes (non représentés sur la figure). Les barrettes 6 et 7 du sous-ensemble E1, de même que les barrettes 8 et 9 du sous-ensemble E2, sont fixées l'une à l'autre, par exemple à l'aide de billes de soudure déposées sur des plots d'accrochage. Ces billes de soudure permettent aussi une connexion électrique entre les barrettes 6 et 7 du sous-ensemble E1 et les barrettes 8 et 9 du sous-ensemble E2. Chaque barrette comprend un ensemble de têtes magnétiques réalisées sur l'une de ses faces. La face sur laquelle sont situées les têtes magnétiques de la barrette 6 est fixée à la face sur laquelle sont situées les têtes magnétiques de la barrette 7. De même, la face sur laquelle sont situées les têtes magnetiques de la barrette 8 est fixée à la face sur laquelle sont situées les têtes magnétiques de la barrette 9. Pour fixer la barrette 7 (respectivement 9) à la barrette 6 (respectivement 8), la barrette 7 (respectivement 9) est positionnée sur la barrette 6 (respectivement 8) et pendant la phase de refonte des billes de soudure, les pièces s'autoalignent. Les diodes de commande des têtes magnétiques du premier sous-ensemble E1 sont réalisées par blocs (B1, B2, ) rapportés sur la face de la barrette 6 sur laquelle sont réalisées les têtes magnétiques. Les diodes des blocs B1, B2, B3 permettent de commander à la fois les têtes magnétiques de la barrette 6 et têtes magnétiques de la barrette 7. De même, les diodes de commande des têtes magnetiques du deuxième sous-ensemble E2 sont réalisees par blocs (non représentés sur la figure) rapportés la face de la barrette 8 sur laquelle sont réalisées les têtes magnétiques. Les diodes des blocs ainsi rapportés permettent de commander les têtes magnétiques des barrettes 8 et 9. Les deux sous-ensembles E1 et E2 sont assemblés entre eux à l'aide d'entretoises T, par exemple des billes rigides, placées dans des cavites C préalablement réalisées sur les faces arrières des barrettes respectives 6 et 8. Les deux sous-ensembles E1 et E2 sont pressés l'un contre l'autre et alignés. L'espace restant entre les modules peut alors être rempli par de la colle, par exemple de la résine époxy. L'assemblage des sous-ensembles E1 et peut également être réalisé par des billes fusibles reportées sur des plots d'accrochage. Ces plots d'accrochage sont alors préalablement réalisés les faces arrières des barrettes respectives 6 et 8. température de refusion des billes utilisées pour l'assemblage des sous-ensembles E1 et est inférieure à celle des billes utilisées pour l'assemblage des barrettes 6 et 7 (respectivement 8 et 9). Pendant la phase de refonte, les deux sous ensembles s'auto-alignent. Quel que soit l'empilement réalisé, l'ensemble peut, fin de procédé, être avantageusement rempli, par exemple, par de la résine pour obtenir un ensemble mécaniquement rigide (il en est de même pour les autres exemples de réalisation). Les extrémités des têtes magnétiques sous ensemble E1 et E2 constituent des pôles magnétiques. A titre d'exemple non limitatif, le sous-ensemble E1 comprend 14 pôles magnétiques pE11,..., pE114 et le sous-ensemble E2 comprend 14 pôles magnétiques pE21, ... , pE214. Selon l'invention, les signaux qui permettent de former une ligne d'impression sur le support sont alors constitués, par exemple, des signaux issus des pôles magnétiques successifs pE11, pE21, pE12, pE22, .... pE114, pE214. La différence de hauteur des pôles dans la direction perpendiculaire à l'axe que définit la ligne d impression peut être compensée un système électronique de déphasage temporel. A titre d'exemple non limitatif pour un pas pôles magnétiques conduisant à une résolution de 225 dpi pour une barrette (6, 7, 8 9), on peut obtenir une résolution de 450 dpi pour chaque sous- ensemble E1, E2 en assemblant les barrettes respectives de ces sous-ensembles avec un décalage 'un demi-pas. L'assemblage des deux sous-ensembles E1 et E2 avec un décalage d'un quart de pas conduit alors à une résolution de 900 dpi. Une telle résolution peut encore être augmentée si le pas des pôles magnétiques d'une barrette conduit à une résolution supérieure à 225 dpi. Par exemple, une résolution de 300 dpi pour les barrettes 6, 7, 8 et 9 conduit à une résolution de 1200 dpi (4 x 300 dpi) pour la tête d'impression constituée des deux sous-ensembles E1 E2. Le décalage des pôles magnétiques selon une direction parallèle à l'axe d'impression peut être réalisé de différentes manières. Il par exemple possible soit de réaliser des barrettes différentes quant à la position des pôles magnétiques et d'assembler symétriquement les barrettes, soit de réaliser des barrettes identiques et d'assembler les barrettes avec un décalage. Les figures 4A et 4B représentent, respectivement, une vue en coupe longitudinale d'une tête 'impression et une vue en coupe transversale d'un substrat comportant les têtes d'impression selon l'invention. Un substrat S1 est recouvert d'une couche K1 qui elle-même recouverte d'une couche K2. Chaque couche Ki (i=1, 2) est constituée d'un matériau 10 dans lequel sont formées des têtes magnétiques t. L'augmentation de la résolution est obtenue par décalage des têtes magnétiques t (cf. figure 4B). Avantageusement, la distance h qui sépare deux têtes magnétiques successives selon la direction perpendiculaire à l'axe d'impression peut atteindre une valeur de l'ordre de 20lim à 30pm. Cette valeur de h peut correspondre sensiblement à la distance minimale d qui sépare deux têtes magnétiques successives de la tête impression. Aucune compensation électronique des signaux appliqués aux têtes magnétiques n' alors nécessaire. La tête d'impression décrite aux figures 4A et 4B ne comprend que deux couches K1, K2 munies têtes magnétiques. I1 faut cependant noter que, de façon plus générale, l'invention concerne une tête d'impression comprenant au moins deux couches munies têtes magnétiques Les figures 5A à 5F représentent un procédé de fabrication de tête d'impression selon l'invention. La figure 5A montre une structure constituée d'un substrat initial I sur lequel sont déposées une couche d'arrêt 11 et une couche K2 munie de têtes magnétiques t. Le substrat initial I est, par exemple, un substrat de silicium. La couche d'arrêt 11 peut être, exemple, un oxyde de silicium. La structure représentée en figure 5A comprend une couche d'arrêt 11. L'invention concerne également le cas où il n'y a pas de couche d'arrêt. couche K2 est alors déposée directement sur le substrat initial I. Le procédé de fabrication une tête d'impression à partir d'une structure telle que représentée en figure 5A comprend les étapes suivantes - report, par exemple par collage, d'un support de transfert T sur la face libre de la couche K2. Le support de transfert T, communément appelé poignée, peut être réalisé dans une matière transparente, par exemple en verre ou en silice pure, afin d'éviter les problèmes d'alignement (figure 5B), - retrait du substrat initial I par un procédé classique ou une combinaison de procédés classiques : rectification mécanique, polissage, séparation le long d'un plan de clivage induit par implantation ionique, gravure chimique réactive, sélective, ou par ultrasons (figure 5C), - retrait de la couche d'arrêt 11 (figure , - report de la face libre de la couche K2 la face libre d'une couche K1 dont l'autre face est fixée un substrat S1 et mise en contact adhérant des deux faces, par exemple par collage ou adhésion moléculaire ; pour augmenter l'énergie de collage, traitements de surface peuvent être effectués les surfaces à coller, - retrait du support de transfert T par l'un des procédés mentionnés ci-dessus en description de la figure 5C (figure 5F) Le procédé selon l'invention comprend également des étapes prises de contact électrique sur les têtes magnétiques (ouverture dans les couches de passivation et métallisation). Ces étapes ne sont pas représentées sur les figures. titre d'exemple non limitatif, les couches K1 et K2 peuvent être réalisées à partir de matériau semi conducteur. Le report de la couche K1 sur la couche K2 peut alors être réalisé par la technique d'adhésion moléculaire. L'adhésion moléculaire concerne deux types de collage : le collage hydrophile et le collage hydrophobe. Le collage hydrophile résulte de l'évolution d'interactions -OH à la surface d'une structure vers la formation par exemple de liaisons Si-O-Si. Les forces associées à ce type d'interaction sont fortes. L'énergie de collage de l'ordre de 100mJ/m2 à température ambiante, atteint 500mJ/m2 après recuit ' 400 C pendant 30 minutes (valeurs obtenues pour un collage Si02 natif ou hydrophile -Si02 thermique non poli). 'énergie de collage généralement déterminée par la méthode de lame divulguée par W.P. MASZARA et al. dans l'article Bonding of silicon wafers for silicon-on-insulator paru dans J.Appl.Phy. 64(10), 15 novembre 1988, pages 4943 4950. Pour un collage oxyde de silicium déposé et poli - oxyde de silicium déposé et poli, l'énergie de collage est de l'ordre de 1 J/m2 pour un recuit sous les mêmes conditions. Par contre, si une surface traitée hydrophile est collée par adhésion moléculaire une surface traitée hydrophobe, un collage de très mauvaise qualité est obtenu et les forces de collage sont très faibles : énergie de collage de l'ordre de mJ/m2 après recuit à 400 C pendant 30 minutes. Par cette méthode de collage, il est possible d'assembler deux substrats comportant des technologies de la micro-électronique à condition de préparer leurs états de surface. La précision sur le pas de deux têtes magnétiques successives est avantageusement obtenue par la précision de collage, soit + de l'ordre de aussi bien selon la direction de l'axe d'impression que selon la direction perpendiculaire à l'axe d'impression. Les figures 6A à 6F représentent différents exemples de têtes d'impression selon l'invention. Les figures 6A et 6B représentent, respectivement, une vue longitudinale et une vue transversale d'une structure composée d'un substrat S2 sur lequel sont empilées quatre couches successives K3, K4, K5, K6. Les figures 6C et 6D représentent deux exemples têtes d'impression comprenant des structures assemblées à l'aide de connexions par billes de soudure. La connexion par billes de soudure est connu l'homme de l'art sous la dénomination de montage flip-chip . La figure 6C représente un assemblage de deux structures. Une première structure est constituée d'un substrat S3 sur lequel sont collées deux couches successives K7 et K8. Une deuxième structure est constituée d'un substrat S4 sur lequel sont collées deux couches successives K9 et K10. La connexion par billes de soudure est réalisée entre les faces libres des couches K8 et K10. Une telle structure permet, par exemple, d'atteindre une résolution de l'ordre de 1200 dp i . tête d'impression représentée en figure 6D comprend l'association de trois structures. Une première structure est constituée d'un substrat S5 recouvert sur une première face, de deux couches K13 et K14 et, sur l'autre face, de deux couches K15 et K16. deux autres structures sont constituées, chacune d'un substrat (S3, S6) sur lequel sont collées deux couches (K7 et K8 pour le substrat K3 ; K15 et K16 pour le substrat S6). Les faces libres des couches K16 et K14, d'une part, et les faces libres des couches K8 et K12, d'autre part, sont assemblées par billes de soudure. Les figures 6E et 6F représentent deux exemples de tête d'impression selon l'invention incluant les diodes pour la commande des têtes magnétiques. La figure 6E représente une structure à deux couches K17, K18, chaque couche comprenant ensemble de diodes D pour la commande des têtes magnétiques qu'elle contient. La figure 6F représente structure à deux couches K19, K20. Un bloc de diodes BD est connecte par billes de soudure b à la face libre de la couche supérieure K20. Les figures 6A-6F sont données à titre d'exemples non limitatifs. De façon plus générale, comme cela a été mentionné précédemment, 'invention concerne toute structure comprenant au moins un ensemble constitué d'un substrat de réception sur lequel sont déposées au moins deux couches de matériau munies, chacune, de têtes magnétiques. Les ensembles constitués d'un substrat de réception et de couches de matériau peuvent être reliés entre eux par billes de soudure ou tout autre moyen. REVENDICATIONS 1. Structure comprenant une succession d'élements (t) pour émettre ou recevoir un signal le long d'un axe, caractérisée en ce que deux éléments (t) successifs dans la direction de l'axe sont décalés, l'un par rapport à l'autre, dans une direction perpendiculaire à l'axe. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un ensemble d'au moins deux couches de matériau (K1 K2, K3, déposées sur un substrat de réception (S3), chaque couche de matériau comprenant une succession d'élements alignés selon une direction parallèle à l'axe, deux éléments successifs de la structure selon la direction parallèle à l'axe appartenant à deux couches différentes. 3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un premier ensemble est connecté à un deuxième ensemble par des billes de soudure 4. Structure selon l'une des revendications ou 3, caractérisée en ce qu'au moins un substrat de réception (S5) est recouvert d'au moins deux couches de matériau (K11, K12) sur une première face et d'au moins deux couches de matériau (K13, K14) sur une deuxième face. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce qu'au moins une couche de matériau est une couche de matériau semi conducteur. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un ensemble de diodes sous forme une puce (BD) connectée par billes de soudure une face d'une couche de matériau. 7. Structure selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un ensemble de diodes (D) sous la forme de diodes intégrées à une couche de matériau semi-conducteur. 8. Tête d'impression comprenant une succession de tetes magnétiques ou de résistances (t) pour realiser impression le long d'un axe, caractérisée en ce elle est une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans laquelle un élément de la succession d'éléments est une tête magnétique une resistance. 9. Procédé de fabrication d'une structure (S3) comprenant une succession d'éléments (t) pour émettre recevoir un signal le long d'un axe, caracterisé en ce qu'il comprend une étape d'assemblage d' moins deux couches de matériau (K1, K2) comprenant, chacune, une succession d'éléments alignés selon une direction parallèle à l'axe, l'assemblage étant effectué façon que deux éléments successifs de la structure selon la direction parallèle à l'axe appartiennent à deux couches différentes. 10. Procédé selon la revendication 9, caracterisé en ce l'étape d'assemblage comprend le transfert d'une deuxième couche de matériau (K2) sur une première couche matériau (K1) de façon à mettre en contact adhérant une première face de la première couche (K1) avec première face de la deuxième couche (K2). . Procédé selon la revendication 10, caracterisé en ce que le transfert de la deuxième couche de matériau (K2) sur la première couche de matériau (K1) est effectué à l'aide d'un support de transfert (T) fixé à la deuxième couche (K2). 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend le retrait du support de transfert (T), fois la mise en contact adhérant effectuée. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de connexion, par billes de soudure, entre un premier ensemble constitué d'un premier substrat de réception (S5) sur lequel sont fixées, par mise en contact adhérant, au moins deux couches de matériau (K11, ) et au moins un deuxième ensemble constitué d'un deuxième substrat de réception (S3, S6) sur lequel sont fixees, par mise en contact adhérant, au moins deux couches de matériau (K7, K8 ; K15, K16). Procédé selon l'une quelconque des que le revendications 9 à 13, caractérisé en matériau d'au moins deux couches voisines est un matériau semi-conducteur et en ce que mise en contact adhérant des deux couches voisines est effectuée par adhésion moléculaire. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, caractérisé ce qu'il comprend la connexion par billes de soudure d'au moins un premier ensemble de diodes (BD) sur moins une couche de matériau, chaque diode du premier ensemble de diodes permettant la commande d'un élément (t) de la couche. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'il comprend la formation d'au moins un deuxième ensemble de diodes (D) dans au moins une couche de matériau semi-conducteur, chaque diode du deuxième ensemble de diodes permettant la commande d'un élément (t) de la couche de matériau semi-conducteur. 17. Procédé de fabrication d'une tête d'impression comprenant une succession de têtes magnétiques ou de résistances (t) pour réaliser une impression le long d'un axe, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 16 dans lequel un élément de la succession d'éléments est une tête magnétique ou une résistance.