# De la photolithographie chimique à la gravure laser : une nouvelle ère pour la réalisation de circuits RF au sein du Master Réseaux et Télécommunications

Pierre LALY<sup>a</sup>, Virginie HOEL<sup>b</sup>, Mahmoud ABOU DAHER<sup>b</sup>, Fatma KHENFER-KOUMMICH<sup>b</sup>, Valentin PICQUET<sup>c</sup>

<sup>a</sup> IEMN Pôle C2EM Cité Scientifique, Villeneuve d'Ascq, France

<sup>b</sup> PLFM CNFM Université de Lille, Cité Scientifique, Villeneuve d'Ascq, France

<sup>c</sup> Etudiant, Université de Lille, Cité Scientifique, Villeneuve d'Ascq, France

Contact email : pierre.laly@univ-lille.fr

## Résumé

Ce travail présente l'intégration d'une technologie de gravure de circuits imprimés (PCB) par laser, à l'aide de la LPKF ProtoLaser H4 du pôle CNFM, dans le cadre d'un cursus Master en électronique. Cette innovation remplace la méthode traditionnelle reposant sur l'insolation de typons, le dépôt de résine photosensible et la gravure chimique. Elle apporte de nombreux bénéfices : rapidité et précision de réalisation, compatibilité avec une large variété de substrats, réduction significative de l'utilisation de produits chimiques et raccourcissement du cycle de conception et de fabrication. Au-delà de l'aspect technique, cette évolution renforce également la dimension pédagogique : elle permet aux étudiants de couvrir l'ensemble de la chaîne de développement, de la simulation à la réalisation pratique, en intégrant des phases de tests et d'analyse comparée. Nous illustrons cette démarche à travers un cas concret, la conception et la fabrication par des étudiants d'un amplificateur RF, avec confrontation des performances simulées et expérimentales.

## I. Présentation générale du Master Réseaux et Télécommunications

Le Master Réseaux et Télécommunications de l'Université de Lille s'inscrit dans une logique de formation d'excellence, à l'interface entre enseignement académique, innovation technologique et recherche appliquée. Dans un contexte marqué par l'évolution rapide des systèmes de communication et l'essor de nouvelles générations de réseaux, le master vise à doter les étudiants de compétences solides et durables, tout en développant leur capacité d'adaptation face à un domaine en mutation constante.

### A. Le parcours SYSCOM

Le parcours SYSCOM (Systèmes de Communication) forme des spécialistes en conception et caractérisation électronique haute-fréquence, couvrant l'ensemble des RF et hyperfréquences utilisées dans les technologies actuelles et émergentes. Les étudiants développent une expertise appliquée aux communications sans fil (Bluetooth, WiFi), à la téléphonie mobile (4G, 5G et au-delà), aux objets connectés (IoT) et aux dispositifs d'identification sans contact (RFID, NFC).
La formation se distingue par une pédagogie axée sur la pratique et la recherche. Les étudiants ont accès aux plateformes technologiques du CNFM et de l'IEMN, leur permettant de passer de la simulation à la réalisation et à la caractérisation expérimentale de dispositifs. Projets, travaux pratiques et stages favorisent un apprentissage actif, confrontant les étudiants à des problématiques réelles.

Cette articulation entre enseignement théorique, pratique expérimentale et immersion dans la recherche constitue un atout majeur du master. Elle prépare les diplômés à contribuer à l'évolution des technologies de communication, tout en renforçant leur employabilité et leur ouverture à l'innovation. Le Master Réseaux et Télécommunications de l'Université de Lille illustre ainsi la manière dont une formation universitaire peut, en synergie avec les plateformes du CNFM, associer excellence scientifique et efficacité pédagogique.

## B. Programme et spécificités pédagogique

Le Master Réseaux et Télécommunications de l'Université de Lille combine enseignements théoriques et dimension expérimentale. Dès la première année, les étudiants acquièrent les bases en propagation, antennes et fonctions passives RF/Hyperfréquences, complétées par des modules de conception et simulation sous Cadence. La deuxième année approfondit les fonctions actives, la caractérisation et l'ingénierie des systèmes électroniques, avec un passage direct de la théorie à la pratique.

L'introduction d'une graveuse laser LPKF ProtoLaser H4 permet de raccourcir le cycle simulation-fabrication et d'autonomiser les étudiants dans la réalisation de prototypes RF ou d'antennes, renforçant le lien avec la recherche. Le cursus se termine par un projet de fin d'études intégrant toutes les compétences acquises, de la simulation à la mesure expérimentale.

## La technologie LPKF ProtoLaser H4 au service de la formation

<figure><img src="image_1.png" /><figcaption>Figure 1 : LPKF Protolaser H4</figcaption></figure>
L'introduction de la graveuse laser LPKF ProtoLaser H4 (Photo figure 1) dans le cursus constitue une avancée significative pour l'apprentissage. Cet équipement permet de réaliser rapidement des circuits imprimés (PCB) à partir de fichiers de conception, en passant directement de la simulation au prototype. Contrairement aux méthodes traditionnelles nécessitant des procédés chimiques, la gravure laser est propre, respectueuse de l'environnement et particulièrement adaptée aux environnements pédagogiques. Vous trouverez dans le tableau I, les caractéristiques principales de la graveuse laser et une comparaison portant sur les avantages de la gravure laser versus chimique dans le tableau II

<table><caption>Tableau I: Caractéristiques principales de la LPKF ProtoLaser H4</caption><thead><tr><td>Caractéristiques</td><td>Valeurs / Spécifications</td></tr></thead><tbody><tr><td>Source laser</td><td>1064nm, 25-400kHz, 20W</td></tr><tr><td>Résolution de gravure / isolation</td><td>&lt; 100 µm/ 30µm (selon substrat)</td></tr><tr><td>Précision de positionnement (Scanner)</td><td>± 1 µm</td></tr><tr><td>Vitesse maximale de la broche de fraisage</td><td>100000 tr/m</td></tr><tr><td>Diamètre de perçage minimum</td><td>0.2 mm</td></tr><tr><td>Surface de travail</td><td>229 × 305 mm</td></tr><tr><td>Vitesse de réalisation</td><td>Quelques minutes par circuit</td></tr><tr><td>Aides à l'alignement</td><td>Caméra intégrée, logiciel intuitif (import Gerber)</td></tr><tr><td>Substrats compatibles</td><td>FR4, Rogers, Taconic, Arlon, céramiques, flexibles, matériaux biosourcés</td></tr></tbody></table>

<table><caption>Tableau II : Avantages et inconvénients de la gravure laser</caption><thead><tr><td>Avantages</td><td>Inconvénients / Limites</td></tr></thead><tbody><tr><td>Pas de chimie → respect de l'environnement</td><td>Investissement initial élevé</td></tr><tr><td>Prototypage rapide (du Gerber au PCB en quelques minutes)</td><td>Surface de travail limitée (format A4 environ)</td></tr><tr><td>Haute précision adaptée aux circuits RF</td><td>Ne convient pas aux productions en grande série</td></tr><tr><td>Compatible avec de nombreux substrats</td><td>Nécessite une formation initiale des utilisateurs</td></tr><tr><td>Favorise l'autonomie et l'apprentissage par projet</td><td>Entretien et maintenance spécifiques</td></tr></tbody></table>

La précision du laser permet de réaliser des pistes très fines, essentielles en RF et hyperfréquences, et de fabriquer des circuits complexes (antennes, filtres, sous-systèmes de communication) sur une grande variété de substrats, proches de ceux utilisés en recherche et industrie.

La rapidité de prototypage transforme la pédagogie : un circuit peut être produit et testé en quelques minutes, bouclant le cycle conception-fabrication-caractérisation au cours d'une même séance de travaux pratiques.
## A. Comparaison temps et coût

L'introduction de la ProtoLaser H4 modifie en profondeur l'organisation du travail pratique. Avec la méthode traditionnelle par gravure chimique, la réalisation d'un circuit simple mobilisait plusieurs heures, en raison des différentes étapes successives (préparation du typon, résinage, exposition, gravure, rinçage et finitions). Ce processus demandait en moyenne une demi-journée, sans compter les temps de séchage et les reprises éventuelles.

À l'inverse, la gravure laser réduit considérablement le délai entre la conception et la disponibilité du prototype (CF tableau III). À partir d'un fichier Gerber, la préparation, le paramétrage et la gravure s'enchaînent en moins d'une heure, ce qui permet d'intégrer la fabrication dans le temps même d'une séance de travaux pratiques.

<table><caption>Tableau III : Comparaison des temps de réalisation pour un circuit simple</caption><thead><tr><td>Méthode</td><td>Étapes principales</td><td>Durée totale</td></tr></thead><tbody><tr><td>Gravure chimique (ancienne méthode)</td><td>Préparation typon, résinage/exposition, gravure, rinçage, finitions</td><td>4 à 5 h (hors séchage et reprises)</td></tr><tr><td>Gravure laser (ProtoLaser H4)</td><td>Préparation fichier Gerber, paramétrage machine, gravure</td><td>30 à 50 min</td></tr></tbody></table>

# II. Exemple de réalisation par les étudiants de Master

## Projets étudiants de Master : conception et réalisation de circuits RF

Dans le cadre du Master Réseaux et Télécommunications, les étudiants réalisent chaque année des projets complets de conception de circuits RF. L'objectif est de passer de la simulation à la fabrication, puis à la caractérisation, en utilisant la graveuse laser LPKF ProtoLaser H4 pour la réalisation des cartes.

## Étapes du projet

**1 Conception et simulation** : Les étudiants conçoivent le schéma RF et modélisent les lignes micro-ruban à l'aide d'outils de simulation professionnelle. Cette phase permet d'optimiser les performances avant fabrication.
**2 Préparation et gravure du PCB** : Les fichiers Gerber issus de la simulation sont directement importés dans le logiciel de la ProtoLaser H4. Après paramétrage, la gravure s'effectue en quelques minutes sur le substrat choisi, sans chimie ni étape de rinçage.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Figure 2 : Exemples de fabrications</figcaption></figure>

**3 Assemblage et tests** : Les composants sont soudés sur la carte gravée, puis les performances sont mesurées à l'aide des instruments de mesures (analyseur de réseau vectoriel, analyseur de spectres, ...). Les résultats expérimentaux sont comparés aux simulations pour évaluer la précision du prototype.

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 3 : Mesures après réalisation et assemblage</figcaption></figure>
# Bilan pédagogique

Cet exemple illustre parfaitement l'apport de la graveuse laser dans la formation : le cycle complet « conception → fabrication → test » est réalisable en une à deux séances de travaux pratiques.

La rapidité de gravure, la propreté du procédé et la précision obtenue permettent aux étudiants de se concentrer sur l'analyse des résultats et la compréhension des phénomènes RF, tout en gagnant en autonomie et en efficacité.

# III. Retour pédagogique et comparaison

L'utilisation de la graveuse laser permet aux étudiants de relier plus rapidement la théorie et la pratique. En seulement une ou deux séances, ils passent de la conception à la mesure. Ce rythme favorise la motivation et renforce l'esprit critique face aux résultats. L'approche traditionnelle nécessitait plusieurs jours, voire une semaine complète.

En outre, la reproductibilité des résultats est meilleure : les pistes gravées au laser sont régulières et fidèles aux fichiers de conception. Les écarts observés entre simulation et réalisation proviennent donc principalement des propriétés réelles des substrats et des composants, ce qui constitue un apprentissage précieux pour les étudiants.

# IV. Conclusion

L'intégration de la graveuse laser LPKF ProtoLaser H4 dans le cursus du Master constitue un véritable tournant pédagogique. En raccourcissant le cycle complet entre la conception, la fabrication et la validation expérimentale, elle rapproche les étudiants des pratiques professionnelles de l'industrie électronique. L'outil offre également une grande flexibilité, permettant d'explorer différents substrats et d'aborder des problématiques variées en radiofréquences et hyperfréquences.

Au-delà des aspects techniques, la gravure laser favorise un apprentissage actif, sûr et respectueux de l'environnement. Elle valorise le travail étudiant en donnant accès à des prototypes de qualité professionnelle, tout en consolidant l'autonomie et la confiance des futurs ingénieurs.

# Remerciements

Les auteurs tiennent à remercier le CNFM pour sa participation financière à l'acquisition de la graveuse laser LPKF ProtoLaser H4, réalisée grâce à un cofinancement associant également l'Université de Lille et les fonds propres du laboratoire. Le soutien du GIP-CNFM et de la DGESIP est également chaleureusement salué dans le cadre de cette initiative en faveur de l'innovation pédagogique et technologique.