Brevet FR3112423A1 — publié le 20220114

L’invention concerne un procédé de réalisation d’un imageur comprenant les étapes suivantes : fixation (100) d’un capteur d’imagerie sur un premier substrat; découpe (101) du premier substrat à une distance prédéfinie autour du capteur d’imagerie fixé ; fixation (102) d’une carte électronique de pilotage du capteur d’imagerie sur le premier substrat découpé, à proximité du capteur d’imagerie fixé ; connexion (103) de la carte électronique de pilotage du capteur d’imagerie avec le capteur d’imagerie fixé pour obtenir une première tuile ; Répéter les étapes de fixation, découpe, fixation, connexion pour obtenir une deuxième tuile ; raboutage (104) de la première tuile et la deuxième tuile obtenues par mise en contact bord à bord des premiers substrats découpés ; fixation (105) des tuiles raboutées sur un substrat principal ; connexion (106) des cartes électroniques de pilotage des capteurs d’imagerie de la première tuile et de la deuxième tuile raboutées à une carte mère de l’imageur. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé de réalisation d’un imageur L’invention se situe dans le domaine technique de réalisation d’imageurs constitués de capteurs d’imagerie CMOS ou CCD raboutés. Plus particulièrement, l’invention concerne le raboutage de plaques photosensibles pour des capteurs digitaux, par exemple pour l’imagerie médicale sous X en technologie CMOS, abréviation de l’acronyme anglo-saxon Complementary Metal Oxide Semiconductor. Un capteur photosensible est généralement réalisé à partir d'éléments photosensibles à l'état solide arrangés en matrice. Les éléments photosensibles sont réalisés à partir de matériaux semi-conducteurs, le plus souvent du silicium monocristallin pour les capteurs de type CCD ou CMOS, du silicium polycristallin ou amorphe. Un élément photosensible comporte au moins une photodiode, un phototransistor ou une photorésistance. Ces éléments sont déposés sur un substrat ou intégrés dans ledit substrat, qui est généralement un support (aussi appelé dalle) de verre, de plastique (polymère) ou métallique ou d'un autre matériau de synthèse (carbone, alliage, céramique …), voire encore de silicium. On obtient alors une plaque photosensible. Dans le cadre de la réalisation d’imageurs pour l’imagerie médicale sous X, l’opération de raboutage de plaques photosensibles, c’est-à-dire la réunion bout à bout de plaques photosensibles, en technologie CCD ou CMOS implique la tenue de tolérances serrées. Il est en effet important à la fois de limiter des pertes de zones de pixels sur les lignes de raboutage et d’assurer l’alignement des pixels des différents capteurs assemblés. En plus, il est nécessaire d’éviter tout contact entre les plaques pendant l’opération de raboutage des plaques photosensibles sous peine d’un risque de casse, d’ébréchure, et/ou de décharge électrostatique. Jusqu’à présent, cette opération de raboutage de plaques photosensibles est réalisée avec des moyens industriels complexes, coûteux et présentant des temps de cycles longs afin de garantir les tolérances d’alignement et l’absence de risque de collision entre plaques. De plus, les moyens industriels complexes de l’art antérieur présentent la limitation d’être dédiés à une dimension de plaque unique. Ils sont basés sur des moyens de préhension des plaques de dimensions prédéfinies et l’alignement est obtenu au moyen de caméras d’alignement selon un espacement associé à la dimension de plaque unique. Un autre problème des solutions existantes concerne le test de conformité du produit obtenu. En effet, ce test de conformité du produit obtenu après cette opération longue et complexe ne peut se faire qu’à l’issue des opérations de raboutage et de connexion par câblage par fil (aussi connu sous le terme anglo-saxon « wire bonding »). En d’autres termes, si une non-conformité est détectée lors d’un procédé de l’art antérieur, elle ne peut l’être que sur le produit fini. Le produit est mis au rebut. Cela signifie une perte de matières utilisées et une perte de temps. Autrement dit, les solutions existantes connues pour le raboutage de plaques photosensibles n’offrent pas de solution rapide, peu coûteuse, flexible et facilement testable pendant le procédé de raboutage. L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un procédé de raboutage de plaques photosensibles permettant la réalisation de sous-éléments connectés et testables individuellement, réduisant sensiblement le risque de non-conformité détecté sur produit fini. En outre, le procédé objet de l’invention permet une facilité d’alignement des sous-éléments. Il offre également une grande flexibilité sur les dimensions des capteurs obtenus sans investissements lourds ni de mise au point longue et complexe. D’autres avantages du procédé selon l’invention sont détaillés ci-dessous. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d’un imageur comprenant les étapes suivantes : Une première étape de fixation d’un capteur d’imagerie sur un premier substrat; Une deuxième étape de découpe du premier substrat à une distance prédéfinie autour du capteur d’imagerie fixé ; Une troisième étape de fixation d’une carte électronique de pilotage du capteur d’imagerie sur le premier substrat découpé, à proximité du capteur d’imagerie fixé ; Une quatrième étape de connexion de la carte électronique de pilotage du capteur d’imagerie avec le capteur d’imagerie fixé pour obtenir une première tuile ; Répéter les première, deuxième, troisième et quatrième étapes pour obtenir une deuxième tuile; Une cinquième étape de raboutage de la première tuile et la deuxième tuile obtenues par mise en contact bord à bord des premiers substrats découpés ; Une sixième étape de fixation des tuiles raboutées sur un substrat principal ; Une septième étape de connexion des cartes électroniques de pilotage des capteurs d’imagerie de la première tuile et de la deuxième tuile raboutées à une carte mère de l’imageur. Avantageusement, le procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention comprend, après la quatrième étape de connexion de la carte électronique de pilotage du capteur d’imagerie avec le capteur d’imagerie collé, une étape de test de conformité de la tuile. Avantageusement, le procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention comprend, après la quatrième étape de connexion de la carte électronique de pilotage du capteur d’imagerie avec le capteur d’imagerie collé, une étape de stockage de la tuile. Avantageusement, dans le procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention, la deuxième étape de découpe du premier substrat est une étape de découpe au rayon laser ou aux faisceaux de Bessel. Avantageusement, le procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention comprend, après la première étape de fixation, une étape de marquage du premier substrat. Dans le procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention, la première tuile peut avoir des dimensions différentes des dimensions de la deuxième tuile. L’invention concerne aussi un imageur comprenant une première tuile et une deuxième tuile, chacune des tuiles comprenant : un premier substrat, un capteur d’imagerie fixé sur le premier substrat, le premier substrat étant découpé à une distance prédéfinie autour du capteur d’imagerie collé, une carte électronique de pilotage du capteur d’imagerie fixé sur le premier substrat à proximité du capteur d’imagerie et connectée au capteur d’imagerie, la première tuile et la deuxième tuile étant raboutées par mise en contact bord à bord des premiers substrats, et l’imageur comprenant un substrat principal sur lequel les tuiles raboutées sont fixées, et une carte mère connectée aux cartes électroniques de pilotage des capteurs d’imagerie de la première tuile et la deuxième tuile raboutées. La première tuile peut avoir des dimensions différentes des dimensions de la deuxième tuile. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : La figure 1 représente un diagramme des étapes du procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention ; La figure 2 représente schématiquement les principales étapes du procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention ; La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation d’un imageur selon l’invention. Sur ces figures, dans un souci de clarté, les échelles ne sont pas respectées. Par ailleurs, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures. La figure 1 représente un diagramme des étapes du procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention. Le procédé de réalisation d’un imageur comprend les étapes 100 à 106 qui seront détaillées ci-dessous. De manière optionnelle, il peut comprendre les étapes 107, 108, 109, prises isolément ou en combinaison. La figure 2 représente schématiquement les principales étapes du procédé de réalisation d’un imageur selon l’invention. Le procédé de réalisation d’un imageur 10 comprend une première étape 100 de fixation d’un capteur d’imagerie 11 sur un premier substrat 12. Le procédé selon l’invention peut s’appliquer à un capteur d’imagerie 11 de technologie CMOS ou CCD. Le capteur d’imagerie 11 est ici représenté de forme rectangulaire, mais il peut prendre d’autres formes polygonales. Le capteur d’imagerie 11 comprend une zone d’image 31 et une zone de pilotage et de connexion 32, destinée à relier le capteur d’imagerie 11 à une carte électronique de pilotage et d’assurer le pilotage du capteur d’imagerie 11. Le premier substrat 12 peut être en verre, en céramique ou en matériau cristallin adapté au support d’un capteur d’imagerie 11. L’étape 100 de fixation du capteur d’imagerie 11 sur le premier substrat 12 est généralement réalisée par collage. Un tel collage est avantageusement obtenu par application d’un film adhésif double-face sur le premier substrat 12. Alternativement, une colle peut être déposée sur le substrat 12. Même si le collage par film adhésif demeure la fixation préférée, d’autres méthodes de fixation du capteur d’imagerie 11 sur le premier substrat 12 peuvent être mises en œuvre. Le collage de capteurs d’imagerie 11 individuels sur le premier substrat 12 se fait ainsi sans contraintes serrées d’alignement. L’alignement se fait à quelques millimètres au lieu des quelques microns qui seraient nécessités par un procédé de l’art antérieur. Le procédé selon l’invention comprend ensuite une deuxième étape 101 de découpe du premier substrat 12 à une distance 14 prédéfinie autour du capteur d’imagerie 11 collé. La découpe se fait tout autour du capteur d’imagerie en laissant un petit rebord le long de la zone d’image 31 et un espace plus important le long d’un bord de la zone de pilotage et de connexion 32 du capteur d’imagerie 11. Ce dernier espace est destiné à recevoir une carte électronique de pilotage du capteur d’imagerie 11. Comme le capteur d’imagerie 11 est collé sur le premier substrat 12, c’est le premier substrat 12 qui est découpé. Cette découpe doit être précise (de l’ordre de 5 micromètres) et peut être réalisée avec des équipements conventionnels, par exemple par découpe au rayon laser ou aux faisceaux de Bessel. Les faisceaux de Bessel sont une forme de faisceaux laser construits par interférences sur une longue distance, permettant une concentration intense de l’énergie pouvant se prolonger sans diffraction à l’intérieur de matériaux transparents. Des faisceaux de Bessel générés avec un laser ultra-bref permettent une ablation en profondeur du matériau exposé, ce qui est particulièrement adapté pour le perçage de nano-canaux de hauts rapports de forme. Il est ainsi possible de percer dans des couches de verre de plusieurs millimètres d’épaisseur des canaux de très faibles diamètres (moins de 2 micromètres). Après le perçage de nano-canaux dans le premier substrat, celui-ci peut se découper le long d’une ligne définie par les nano-canaux. Cette technique permet un bon contrôle de perçage, pour assurer la qualité et précision d’usinage nécessaires à un usinage de précision du verre à échelle industrielle. L’étape de découpe peut se réaliser en face avant ou en face arrière du premier substrat 12. La découpe par la face arrière demeure la solution privilégiée pour éviter d’éventuelles projections sur le capteur d’imagerie 11. Il est également possible de réaliser l’étape de découpe par lames, mais il faut toutefois s’assurer de la précision de la découpe et veiller à ne pas générer de pollution sur le capteur d’imagerie sous peine de l’endommager. L’étape de découpe apporte un autre avantage de protection mécanique et électrique (ESD) des sous-ensembles capteur d’imagerie 11 fixé sur le premier substrat 12. En effet, le premier substrat 12 est découpé au-delà des dimensions des capteurs d’imagerie 11 supprimant le risque de contact latéral entre capteurs d’imagerie 11 lors des manipulations ultérieures. La figure 2 représente un élargissement du premier substrat 12 après l’étape 101 de découpe qui laisse un petit rebord tout autour de la zone d’image 31 du capteur d’imagerie 11, à une distance 14 du capteur d’imagerie 11. Le procédé selon l’invention comprend en outre une troisième étape 102 de fixation d’une carte électronique de pilotage 13 du capteur d’imagerie 11 sur le premier substrat 12 découpé, à proximité du capteur d’imagerie 11 fixé. Plus précisément, la carte électronique de pilotage 13 est fixée sur le premier substrat 12 de sorte à juxtaposer la zone de pilotage et de connexion 32 du capteur d’imagerie 11. La fixation de la carte électronique de pilotage 13 peut être notamment obtenue par collage, au moyen d’un film adhésif ou avec de la colle. Ensuite, le procédé selon l’invention comprend une quatrième étape 103 de connexion de la carte électronique de pilotage 13 du capteur d’imagerie 11 avec le capteur d’imagerie 11 fixé pour obtenir une première tuile 21. La carte électronique de pilotage 13 est connectée à la zone de pilotage et de connexion 32 du capteur d’imagerie 11. L’étape 103 de connexion peut être réalisée par câblage par fils (aussi connu sous la dénomination anglo-saxonne wire bounding). Le câblage par fil ou pontage est une des techniques utilisées pour effectuer les connexions électriques entre le capteur d’imagerie 11 et la carte électronique de pilotage 13. Le câblage est réalisé par un fil (ou pont) soudé entre les deux plots de connexion prévus à cet usage sur chacun des éléments à connecter. La soudure est généralement réalisée par ultrasons. Le matériau du fil est de l'aluminium, de l'or ou du cuivre. Le diamètre du fil est de l'ordre de 20 µm. Les étapes 100 à 103 sont réalisées successivement pour une tuile. Plusieurs étapes 100 à 103 peuvent être réalisées en parallèle, c’est-à-dire en même temps, pour obtenir plusieurs tuiles. Pour obtenir une deuxième tuile 22, les première, deuxième, troisième et quatrième étapes sont répétées. Nous disposons alors de deux tuiles 21, 22. Le procédé est ici expliqué avec deux tuiles, mais le principe s’applique de façon identique à un nombre quelconque de tuiles. Nous en voyons six sur l’imageur de la figure 2, et le procédé trouve une application particulièrement intéressante pour un imageur de très grande dimension mettant en œuvre un plus grand nombre de tuiles. Le procédé selon l’invention comprend une cinquième étape 104 de raboutage de la première tuile 21 et la deuxième tuile 22 obtenues par mise en contact bord à bord des premiers substrats 12 découpés. Le raboutage est l’action de rabouter, c’est-à-dire assembler, réunir bout à bout. La tuile 21 est juxtaposée à la tuile 22. Autrement dit, le premier substrat 12, après l’étape 101 de découpe, laisse apparaître une surface latérale sensiblement perpendiculaire au plan du capteur d’imagerie 11. Chaque tuile dispose donc de trois surfaces latérales libres, autour de la zone d’image 31. Deux tuiles sont raboutées par mise en contact d’une surface latérale libre d’une tuile avec une surface latérale d’une autre tuile. Par raboutage des tuiles deux-à-deux, il est possible d’obtenir une très grande surface de capteurs d’imagerie 11. Une fois les tuiles raboutées, la position de chacune d’elle est figée. Le procédé comprend alors une sixième étape 105 de fixation des tuiles 21, 22 raboutées sur un substrat principal 23. Le substrat principal 23 vient en face arrière des tuiles, ce qui permet de contribuer à la rigidité de l’imageur. Enfin, le procédé selon l’invention comprend une septième étape 106 de connexion des cartes électroniques de pilotage 13 des capteurs d’imagerie 11 de la première tuile 21 et de la deuxième tuile 22 raboutées à une carte mère 24 de l’imageur 10. Les étapes 104 à 106 sont réalisées successivement. Elles peuvent être réalisées en parallèle, c’est-à-dire en même temps pour plusieurs groupes de tuiles. Dans un mode de réalisation de l’invention, le procédé de réalisation d’un imageur peut comprendre, après la quatrième étape 103 de connexion de la carte électronique de pilotage 13 du capteur d’imagerie 11 avec le capteur d’imagerie 11 fixé, une étape 107 de test de conformité de la tuile. La découpe des capteurs d’imagerie 11 réalisée individuellement sur le premier substrat 12 et leur connexion à leur carte électronique de pilotage 13 permettent d’isoler chaque tuile. Chaque tuile peut donc être testée et caractérisée individuellement avant stockage, appairage et assemblage des tuiles pour réalisation de l’imageur final. Le test de conformité des tuiles individuelles évite les risques de rebut de sous-ensembles à forte valeur ajoutée car le test de conformité intervient très tôt dans le procédé de réalisation de l’imageur et permet d’écarter une tuile qui serait défectueuse. Dans un mode de réalisation de l’invention, le procédé de réalisation d’un imageur peut comprendre, après la quatrième étape 103 de connexion de la carte électronique de pilotage 13 du capteur d’imagerie 11 avec le capteur d’imagerie 11 collé, une étape 108 de stockage de la tuile. Entre outre, la réalisation de tuile individuelle répond à un besoin de stockage sécurisé. Chaque capteur d’imagerie 11 étant collé sur son premier substrat 12, il n’y a peu ou pas de risque de casse. Il est également possible d’effectuer la traçabilité à réception des capteurs d’imagerie sur film de découpe avant la date de limite d’utilisation du traitement UV. En effet, grâce au procédé de réalisation selon l’invention, la fabrication d’un imageur peut être réalisée en deux temps : les étapes 100 à 103 sont réalisées pour obtenir une tuile individuelle, puis la tuile est stockée. Dans un second temps, on peut rabouter une pluralité de tuiles stockées et récemment réalisées. Dans un mode de réalisation de l’invention, le procédé de réalisation d’un imageur peut comprendre, après la première étape 100 de fixation, une étape 109 de marquage du premier substrat 12. Le marquage peut être réalisée par une étiquette, l’apposition d’un code barre, ou par gravure d’un numéro ou d’un code permettant la traçabilité du capteur d’imagerie 11. Une fois collé sur le premier substrat 12, le premier substrat 12 peut être aisément gravé pour assurer le lien avec les données de fabrication de la puce (numéro de lot, caractéristiques de l’image,…). Enfin, on peut noter que la première tuile 21 peut avoir des dimensions différentes des dimensions de la deuxième tuile 22. Cette possibilité de rabouter des tuiles de dimensions différentes apporte une grande flexibilité dans le type d’imageur que l’on peut réaliser grâce au procédé selon l’invention. L’invention propose une solution qui utilise de manière nouvelle et inventive des équipements et procédés standard pour permettre la réalisation d’imageurs de grandes dimensions. L’invention évite les risques de rebut à forte valeur ajoutée liés à un désalignement lors d’un raboutage classique (collage de l’ensemble des puces sur un substrat unique), une casse du capteur d’imagerie lors de l’opération de raboutage d’un ensemble de capteurs d’imagerie sur un substrat unique, un endommagement de capteurs d’imagerie par choc électrostatique, uniquement détectable aux tests après assemblage de l’ensemble des capteurs d’imagerie. L’invention propose une solution permettant une découpe rapide des sous-ensembles « capteur d’imagerie collé sur le premier substrat », de l’ordre de 200 à 300 mm/s, ce qui signifie des temps de cycle courts. Grâce à l’élaboration de tuiles individuelles, l’invention permet un stockage sécurisé des tuiles testées et fonctionnelles. Chaque capteur d’imagerie étant collé sur une potion de premier substrat, l’invention assure une bonne traçabilité du capteur d’imagerie sur le premier substrat de la tuile. La figure 3 représente schématiquement un mode de réalisation d’un imageur selon l’invention. L’imageur 20 comprend une première tuile 21 et une deuxième tuile 22, chacune des tuiles 21, 22 comprend un premier substrat 12, un capteur d’imagerie 11 fixé sur le premier substrat 12, le premier substrat 12 étant découpé à une distance 14 prédéfinie autour du capteur d’imagerie 11 collé, une carte électronique de pilotage 13 du capteur d’imagerie 11 fixé sur le premier substrat 12 à proximité du capteur d’imagerie 11 et connectée au capteur d’imagerie 11. Selon l’invention, la première tuile 21 et la deuxième tuile 22 sont raboutées par mise en contact bord à bord des premiers substrats 12. L’imageur 20 comprend en outre un substrat principal 23 sur lequel les tuiles raboutées sont fixées, et une carte mère 24 connectée aux cartes électroniques de pilotage 13 des capteurs d’imagerie 11 de la première tuile 21 et la deuxième tuile 22 raboutées, pour piloter la pluralité de cartes électroniques de pilotage 13 des capteurs d’imagerie 11. Dans l’imageur 20 représenté sur la figure 3, la première tuile 21 a des dimensions différentes des dimensions de la deuxième tuile 22. Mais l’invention concerne aussi un imageur 10 dans lequel toutes les tuiles ont les mêmes dimensions. L’invention s’applique à tout capteur d’images réalisé par raboutage de dalles photosensibles CMOS ou autre technologie. Procédé de réalisation d’un imageur (10, 20), caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : Une première étape (100) de fixation d’un capteur d’imagerie (11) sur un premier substrat (12); Une deuxième étape (101) de découpe du premier substrat (12) à une distance prédéfinie autour du capteur d’imagerie (11) fixé ; Une troisième étape (102) de fixation d’une carte électronique de pilotage (13) du capteur d’imagerie (11) sur le premier substrat (12) découpé, à proximité du capteur d’imagerie (11) fixé ; Une quatrième étape (103) de connexion de la carte électronique de pilotage (13) du capteur d’imagerie (11) avec le capteur d’imagerie (11) fixé pour obtenir une première tuile (21) ; Répéter les première, deuxième, troisième et quatrième étapes pour obtenir une deuxième tuile (22); Une cinquième étape (104) de raboutage de la première tuile (21) et la deuxième tuile (22) obtenues par mise en contact bord à bord des premiers substrats (12) découpés ; Une sixième étape (105) de fixation des tuiles (21, 22) raboutées sur un substrat principal (23) ; Une septième étape (106) de connexion des cartes électroniques de pilotage (13) des capteurs d’imagerie (11) de la première tuile (21) et de la deuxième tuile (22) raboutées à une carte mère (24) de l’imageur (10, 20). Procédé de réalisation d’un imageur (10, 20) selon la revendication 1, comprenant, après la quatrième étape (103) de connexion de la carte électronique de pilotage (13) du capteur d’imagerie (11) avec le capteur d’imagerie (11) collé, une étape (107) de test de conformité de la tuile (21, 22). Procédé de réalisation d’un imageur (10, 20) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, comprenant, après la quatrième étape (103) de connexion de la carte électronique de pilotage (13) du capteur d’imagerie (11) avec le capteur d’imagerie (11) collé, une étape (108) de stockage de la tuile (21, 22). Procédé de réalisation d’un imageur (10, 20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la deuxième étape (101) de découpe du premier substrat (12) est une étape de découpe au rayon laser ou aux faisceaux de Bessel. Procédé de réalisation d’un imageur (10, 20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant, après la première étape (100) de fixation, une étape (109) de marquage du premier substrat (12). Procédé de réalisation d’un imageur (20) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première tuile (21) a des dimensions différentes des dimensions de la deuxième tuile (22). Imageur (10, 20) caractérisé en ce qu’il comprend une première tuile (21) et une deuxième tuile (22), chacune des tuiles (21, 22) comprenant : un premier substrat (12), un capteur d’imagerie (11) fixé sur le premier substrat (12), le premier substrat (12) étant découpé à une distance (14) prédéfinie autour du capteur d’imagerie (11) collé, une carte électronique de pilotage (13) du capteur d’imagerie (11) fixé sur le premier substrat (12) à proximité du capteur d’imagerie (11) et connectée au capteur d’imagerie (11), la première tuile (21) et la deuxième tuile (22) étant raboutées par mise en contact bord à bord des premiers substrats (12), et en ce qu’il comprend un substrat principal (23) sur lequel les tuiles raboutées sont fixées, et une carte mère (24) connectée aux cartes électroniques de pilotage (13) des capteurs d’imagerie (11) de la première tuile (21) et la deuxième tuile (22) raboutées. Imageur (20) selon la revendication 7, dans lequel la première tuile (21) a des dimensions différentes des dimensions de la deuxième tuile (22).