Brevet FR3061990A1 — publié le 20180720

PROCEDE DE REALISATION COLLECTIVE DE CIRCUITS ELECTRONIQUES COURBES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention porte sur le domaine de la réalisation collective de circuits électroniques courbés, c'est-à-dire non plans, ainsi que celui de la réalisation de dispositifs électroniques comportant de tels circuits électroniques courbés couplés à des systèmes optiques, par exemple de type imageur (ou capteur) ou afficheur. Un dispositif électronique tel qu'un capteur ou un afficheur comporte un système optique, formé généralement de plusieurs lentilles, couplé à un circuit électronique destiné à réaliser une émission ou une détection de lumière à travers le système optique. Le circuit électronique comporte un substrat sur lequel sont réalisés plusieurs composants électroniques. Le fait de courber le circuit électronique est une solution qui permet de simplifier fortement le système optique, en réduisant notamment le nombre de lentilles nécessaires au système optique, ce qui permet une réalisation plus compacte du système optique. Un exemple de simplification d'optique grand angle est décrit par exemple dans le document « Tunable curvature of large visible CMOS image sensors: Towards new optical functions and system miniaturization » de B. Chambion et al., 2016 IEEE 66th Electronic Components and Technology Conference (ECTC). Les substrats à partir desquels les composants électroniques des circuits sont réalisés sont généralement en silicium. Les techniques et procédés de packaging permettent de réduire l'épaisseur du substrat jusqu'à des épaisseurs relativement faibles (quelques microns). Pour réaliser un circuit électronique courbé, une fois le substrat des composants du circuit aminci à l'épaisseur voulue, le circuit électronique est packagé, ou assemblé, sur un support qui est compatible avec la courbure recherchée. Dans le document précédemment cité de B. Chambion et al, il est décrit un support particulier sur lequel le circuit électronique est collé. La courbure est ensuite obtenue en appliquant ponctuellement une force contre le support, au centre du côté 3061990 2 opposé à celui où se trouve le circuit électronique. Dans ce procédé, il est toutefois nécessaire que la force courbant le support soit constamment appliquée sur le support, ce qui représente une contrainte importante. Le document US 2014/0160327 Al décrit l'utilisation d'un support dans 5 lequel est formée une cavité. Un circuit électronique est disposé sur le support, au-dessus de la cavité. Le circuit est ensuite courbé par une mise en dépression de cette cavité, et figé dans cette position par de la colle injectée entre le circuit et le support. Cette solution ne permet toutefois l'obtention d'une courbure sphérique qu'au niveau d'une partie centrale du circuit. De plus, elle engendre des contraintes mécaniques importantes au niveau des 10 bords du circuit électronique, ce qui le fragilise. De manière alternative, le document WO 2012/172251 Al décrit la réalisation d'un circuit électronique courbé faisant appel à un support formé de deux matériaux ayant des coefficients d'expansion thermique différents. La courbure est obtenue par un effet bilame entre les deux matériaux du support qui ont des 15 comportements thermomécaniques différents. Ce procédé n'est toutefois pas adapté à une réalisation collective de plusieurs circuits électroniques courbés puisque les différents circuits électroniques réalisés à partir d'un même substrat doivent être découpés avant d'être disposés individuellement chacun sur un support. De plus, le choix du niveau de courbure des circuits se fait par ajustement de la température à laquelle le support est 20 soumis, ce qui est contraignant notamment lorsque le circuit électronique correspond à un imageur du fait que son fonctionnement est extrêmement sensible à la température (une augmentation de la température réalisée pour ajuster la courbure dégrade la qualité de l'image fournie par l'imageur en raison de l'augmentation du bruit engendrée par l'augmentation de la température). 25 Les documents US 2011/0149423 Al, US 2009/0045510 Al et EP 2 320 469 Al décrivent d'autres procédés permettant de courber des circuits électroniques. Toutefois, aucun de ces procédés n'est adapté pour réaliser collectivement plusieurs circuits électroniques courbés. Le document US 2006/0038183 Al décrit un procédé permettant de courber collectivement plusieurs circuits électroniques réalisés sur un même substrat. Pour 3061990 3 cela, un compartiment contenant un fluide est positionné sous chaque circuit de façon à appliquer une force hydrostatique sous chaque circuit. La courbure des circuits est obtenue par l'intermédiaire de cette force hydrostatique. Ce procédé a toutefois plusieurs inconvénients. En effet, la courbure obtenue varie avec la température à laquelle le fluide 5 est soumis. Il est donc difficile d'obtenir une courbure précise des circuits électroniques. De plus, cette solution n'est pas fiable car en cas de fuite du fluide, la courbure des circuits doit être réajustée. Le document « A hemispherical electronic eye camera based on compressible silicon optoelectronics » de Heung Cho Ko et al., Nature Letters, vo. 454/7, 10 7/08/2008, décrit un procédé de réalisation d'un imageur dans lequel une membrane PDMS courbe est contrainte pour la rendre plane avant un collage de composants sur cette membrane. Le circuit électronique collé sur la membrane est particulier car il est formé de plusieurs composants électroniques réalisés sur les portions de silicium qui ne forment pas un même substrat mais qui sont reliés entre eux par des éléments d'interconnexions 15 distincts. Après ce collage, la contrainte sur la membrane est relâchée afin que celle-ci reprenne sa forme initiale. Là encore, un tel procédé présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, ce procédé ne peut être mis en oeuvre que pour le circuit électronique particulier décrit dans ce document et formé par de multiples composants reliés entre eux par des 20 interconnexions aptes à se comprimer. Ce procédé ne permet pas de courber directement les composants électroniques reportés sur la membrane car ce sont les interconnexions qui, en se comprimant, suivent la courbure de la membrane. Lorsque chaque composant est considéré de manière individuelle, ces composants ne sont pas courbés. De plus, au cours du procédé, la membrane est aplanie en appliquant une force latérale sur toute la 25 périphérie de la membrane. Ce procédé n'est donc pas compatible avec une réalisation collective de plusieurs circuits électroniques courbés. De plus, le fait de construire le circuit avec de multiples composants discrets ne permet pas l'obtention d'un système à haute résolution. 3061990 4 EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un procédé de réalisation collective de plusieurs circuits électroniques courbés ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur, c'est-à-dire : 5 - dans lequel la courbure est imposée aux composants électroniques des circuits sans avoir à maintenir une force extérieure sur le support des composants, - qui soit compatible avec l'obtention d'une courbure sphérique de toute la surface des composants électroniques, qui ne fragilise pas les bords des circuits électroniques, 10 dont la dépendance de la courbure des circuits électroniques vis-à-vis de la température soit réduite ou supprimée, - qui permet de courber directement les composants électroniques des circuits selon un rayon de courbure imposé par le support. Pour cela, la présente invention propose un procédé de réalisation de 15 plusieurs circuits électroniques courbés, comprenant : - réalisation d'un support comprenant plusieurs membranes formées d'au moins un matériau de rigidité, ou module de Young, supérieure à environ 100 MPa, chacune destinée à faire partie d'un des circuits électroniques et présentant un rayon de courbure R compris entre environ 15 mm et 500 mm ; 20 - application d'une force contre l'une des faces principales de chacune des membranes telle que ladite membrane se déforme élastiquement et ait une forme sensiblement plane sous l'effet de cette force ; - solidarisation d'au moins un composant électronique contre chacune des membranes ; 25 - retrait de la force appliquée contre l'une des faces principales de chacune des membranes telle que chacune des membranes retrouve son rayon de courbure R initial et courbe le composant électronique selon ce rayon de courbure R. La courbure des circuits électroniques est ici obtenue grâce à un stockage temporaire d'énergie élastique dans les membranes. La courbure des membranes au repos 3061990 5 correspond à la courbure finale recherchée pour les circuits électroniques. Après leur réalisation, les membranes sont mises sous contrainte pour présenter une surface plane, permettant d'effectuer le collage ou le montage « à plat » du ou des composants électroniques de chaque circuit électronique qui forment par exemple un capteur ou un 5 afficheur. Une fois la force retirée, les membranes reprennent leur position initiale qu'elles imposent aux composants électroniques, formant ainsi les circuits électroniques courbés. Les membranes et la force appliquée sur ces membranes au cours du procédé sont telles que les membranes sont déformées élastiquement, c'est-à-dire déformées de manière réversible. Ainsi, après le retrait de la force appliquée sur chacune 10 des membranes, elles reprennent leur forme initiale sans rupture ou déformation plastique. Dans ce procédé, du fait que la force est appliquée contre l'une des faces principales de chacune des membranes et non au niveau des côtés, ou faces latérales, des membranes, la déformation des membranes peut être obtenue simultanément pour toutes 15 les membranes, ce qui rend le procédé compatible avec une réalisation collective des circuits électroniques courbés. De plus, le matériau des membranes présente une rigidité importante ce qui permet aux membranes d'appliquer aux composants électroniques leur courbure, même lorsque les composants électroniques sont réalisés sur des portions de substrat 20 aminci de silicium, ces portions de substrat aminci étant donc également courbées par les membranes. La rigidité importante du matériau des membranes permet également de rendre le procédé compatible avec une courbure importante des circuits électroniques, correspondant à l'obtention d'un rayon de courbure R compris entre environ 15 mm et 500 mm. 25 En outre, la réalisation initiale des membranes avec la courbure désirée rend le procédé compatible avec l'obtention d'une courbure sphérique sur toute la surface de chaque circuit électronique. De plus, en restant dans le domaine de la déformation élastique, aucune fragilisation des bords des membranes ne se produit. 3061990 6 En outre, ce procédé ne fait pas appel à des matériaux ayant différents CTE (coefficient d'expansion thermique) pour obtenir la courbure souhaitée par effet bilame, ce qui rend la courbure des circuits électroniques indépendante de la température à laquelle sont soumis les circuits électroniques. La courbure obtenue est également plus 5 précise. Ce procédé est compatible avec une courbure concave ou convexe des composants électroniques des circuits courbés réalisés. Le matériau des membranes peut être un matériau plastique et le support peut être réalisé par moulage ou par impression 3D. En variante, le matériau des 10 membranes peut être un matériau métallique et le support peut être réalisé par usinage ou par emboutissage. La force appliquée contre l'une des faces principales de chacune des membranes peut être une force hydrostatique appliquée sur l'ensemble de ladite face principale, ou une force ponctuelle. 15 Chacune des membranes peut avoir une courbure sphérique ou cylindrique. Lorsque chacune des membranes a une courbure sphérique et que la force appliquée est ponctuelle, chacune des membranes peut comporter une épaisseur variable décroissante (linéaire ou non) depuis le centre de la membrane jusque vers les 20 bords de la membrane. Autrement dit, l'épaisseur de chaque membrane au niveau de son centre est supérieure à son épaisseur au niveau de ses bords. Une telle épaisseur variable permet l'obtention d'une courbure sphérique même lorsque la force appliquée est ponctuelle. La force peut être appliquée sur une première des faces principales de 25 chacune des membranes et chaque composant électronique peut être solidarisé contre une deuxième des faces principales de chacune des membranes, opposée à la première des faces principales. Chaque composant électronique peut être solidarisé contre l'une des membranes par l'intermédiaire d'au moins une couche de collage. 3061990 7 Le procédé peut comporter en outre, après l'étape de retrait de la force appliquée contre l'une des faces principales de chacune des membranes, une étape de découpe du support désolidarisant les circuits électroniques les uns des autres. L'invention porte également sur un procédé de réalisation de dispositifs 5 électroniques, comportant la mise en oeuvre d'un procédé de réalisation de circuits électroniques tel que décrit ci-dessus, puis d'une étape de couplage de chaque circuit électronique avec un système optique, formant les dispositifs électroniques. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description 10 d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 4 représentent les étapes d'un procédé de réalisation d'un circuit électronique courbé, objet de la présente invention, selon un mode de réalisation particulier ; 15 - la figure 5 représente des valeurs du rayon de courbure minimal pouvant être obtenu dans le procédé de réalisation d'un circuit électronique courbé, objet de la présente invention, en fonction des dimensions d'un substrat sur lequel les composants électroniques du circuit sont réalisés ; - la figure 6 représente schématiquement un dispositif électronique 20 obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention ; - la figure 7 représente schématiquement un circuit électronique obtenu par la mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention et solidarisé à un support. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage 25 d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles. 3061990 8 Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS 5 On se réfère tout d'abord aux figures 1 à 4 qui représentent les étapes d'un procédé de réalisation de plusieurs circuits électroniques 100 courbés, selon un mode de réalisation particulier. Dans ce mode de réalisation particulier, les circuits électroniques 100 correspondent à des imageurs CMOS dont les composants électroniques sont réalisés préalablement sur un substrat de silicium aminci à une épaisseur compatible avec une mise 10 en courbure sphérique concave dont le rayon de courbure finale est R, avec R> 15 mm et R REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation de plusieurs circuits électroniques (100) courbés, comprenant : - réalisation d'un support (102) comprenant plusieurs membranes (104) formées d'au moins un matériau de rigidité supérieure à environ 100 MPa, chacune destinée à faire partie d'un des circuits électroniques (100) et présentant un rayon de courbure R compris entre environ 15 mm et 500 mm ; - application d'une force (108) contre l'une des faces principales (110) de chacune des membranes (104) telle que ladite membrane (104) se déforme élastiquement et ait une forme sensiblement plane sous l'effet de cette force ; - solidarisation d'au moins un composant électronique (112) contre chacune des membranes (104) ; - retrait de la force (108) appliquée contre l'une des faces principales (110) de chacune des membranes (104) telle que chacune des membranes (104) retrouve son rayon de courbure R initial et courbe le composant électronique (112) selon ce rayon de courbure R. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le matériau des membranes (104) est un matériau plastique et le support (102) est réalisé par moulage ou par impression 3D, ou dans lequel le matériau des membranes (104) est un matériau métallique et le support (102) est réalisé par usinage ou par emboutissage. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la force (108) appliquée contre l'une des faces principales (110) de chacune des membranes (104) est une force hydrostatique appliquée sur l'ensemble de ladite face principale (110), ou une force ponctuelle. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacune des membranes (104) a une courbure sphérique ou cylindrique. 3061990 15 5. Procédé selon les revendications 3 et 4, dans lequel, lorsque chacune des membranes (104) a une courbure sphérique et que la force (108) appliquée est ponctuelle, chacune des membranes (104) comporte une épaisseur variable décroissante depuis le centre de la membrane (104) jusque vers les bords de la membrane 5 (104). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la force (108) est appliquée sur une première des faces principales (110) de chacune des membranes (104) et chaque composant électronique (112) est solidarisé contre une 10 deuxième des faces principales (105) de chacune des membranes (104), opposée à la première des faces principales (110). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque composant électronique (112) est solidarisé contre l'une des membranes (104) par 15 l'intermédiaire d'au moins une couche de collage (114). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre, après l'étape de retrait de la force (108) appliquée contre l'une des faces principales (110) de chacune des membranes (104), une étape de découpe du support (102) 20 désolidarisant les circuits électroniques (100) les uns des autres. 9. Procédé de réalisation de dispositifs électroniques (1000), comportant la mise en oeuvre d'un procédé de réalisation de circuits électroniques (100) selon la revendication 8, puis d'une étape de couplage de chaque circuit électronique (100) 25 avec un système optique (1002), formant les dispositifs électroniques (1000).