FR3094141A1 - procede de fabrication d’un composant optoelectronique a transmission optique en face arriere - Google Patents
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Abstract
L’invention porte sur un procédé de fabrication d’un composant optoélectronique à transmission optique en face arrière, formé d’une puce optique 10 assemblée à une carte de commande 30, celle-ci comportant une zone de transmission 30 autorisant la transmission optique d’un rayonnement lumineux au travers de la carte de commande 30, une connexion électrique étant réalisée entre des plots de polarisation 31 situés au niveau d’une face supérieure 30.2 de la carte de commande 30 et des plots de contact 15 situés au niveau d’une face avant 10.2 de la puce optique 10. Figure pour l’abrégé : Figure 2G
Description
Le domaine de l’invention est celui des procédés de fabrication d’un composant optoélectronique du type à transmission optique en face arrière, également appelé BSI (pourBack Side Illumination, en anglais). Le composant optoélectronique comporte au moins une puce optique assemblée et connectée électriquement à une carte de commande. Aussi, la puce optique est adaptée à émettre ou à détecter un rayonnement lumineux d’intérêt au travers d’une face optique, dite face arrière, opposée à une couche d’interconnexion de la puce optique.
Les composants optoélectroniques peuvent comporter au moins une puce optique assemblée et connectée électriquement à une carte de commande. La puce optique contient une ou plusieurs diodes adaptées à émettre ou à détecter un rayonnement lumineux d’intérêt, par exemple une ou plusieurs diodes électroluminescentes ou photodiodes. Un tel composant optoélectronique peut ainsi être un écran, un projecteur, un imageur, entre autres.
D’une manière générale, le composant optoélectronique, et plus précisément la puce optique, peut être à transmission optique en face avant (FSI, pourFront Side Illumination, en anglais) ou à transmission optique en face arrière (BSI, pourBack Side Illumination), selon que le rayonnement lumineux d’intérêt traverse ou non une couche d’interconnexion de type BEOL (pourBack End of Line) de la puce optique. La puce optique présente ainsi une première face dite face avant située du côté de la couche d’interconnexion, et une deuxième face dite face arrière, opposée à la face avant, et située du côté d’une couche active contenant la ou les diodes. Ainsi, dans le cas d’une transmission optique en face arrière (BSI), le rayonnement lumineux d’intérêt est émis ou détecté par les diodes de la couche active, et ne traverse pas la couche d’interconnexion. Il ne subit donc pas de perturbations (absorption, diffraction…) induites par les interconnexions métalliques présentes, améliorant ainsi sensiblement les performances du composant optoélectronique.
La figure 1 est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un tel composant optoélectronique 1 selon un exemple de l’art antérieur. Il comporte une puce optique 10 assemblée et connectée à une carte de commande 30. La puce optique 10 comporte, suivant l’axe Z, un support 20 formant une poignée permanente, une couche d’interconnexion 13 comportant des interconnexions électriques 14, une couche active 12 contenant une ou plusieurs diodes, un substrat 11 ayant été préalablement aminci, et ici au moins un élément optique passif 17 (filtre, antireflet, lentille…). La puce optique 10 repose sur une face supérieure 30.2 de la carte de commande 30. Cette carte de commande 30 permet d’appliquer un signal de commande ou de lecture aux diodes. Pour cela, des plots de polarisation 31 sont connectés à des plots de contact 15 qui affleurent une face de la couche d’interconnexion 13. Cette face étant non libre, c’est-à-dire ici étant « enterrée », des vias métallisés 16 s’étendent suivant l’axe Z pour relier les plots de contact 15 à la face arrière 10.1 de la puce optique 10. Une connexion électrique, ici de type filaire 36, relie les vias métallisés 16 aux plots de polarisation 31.
Dans cet exemple, le procédé de fabrication d’un tel composant optoélectronique 1 requiert donc une étape de réalisation des vias métallisés 16, lesquels traversent ici le substrat 11, la couche active 12, et la couche d’interconnexion 13, dans la mesure où les plots de contact 15 ne sont pas directement accessibles, c’est-à-dire ne sont pas situés au niveau d’une face libre de la puce optique 10. De plus, l’utilisation du support 20 sous la forme d’une poignée permanente se traduit par le fait que la face arrière 10.1 de la puce optique 10 est située à une distance importante vis-à-vis de la face supérieure 30.2 de la carte de commande 30, limitant ainsi le champ des techniques possibles de connexion électrique entre la puce optique 10 et la carte de commande 30. Cela se traduit également par une rigidité du composant optoélectronique 1 telle qu’il ne peut être aisément déformé, réduisant ainsi les possibilités d’applications d’un tel composant.
L’invention a pour objectif de remédier au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, et plus particulièrement de proposer un procédé simplifié de fabrication d’un composant optoélectronique de type à transmission optique en face arrière. L’invention a également pour objectif de proposer un procédé de fabrication permettant d’obtenir un composant optoélectronique d’épaisseur réduite, autorisant éventuellement sa déformation.
Pour cela, l’objet de l’invention est un procédé de fabrication d’au moins un composant optoélectronique formé d’au moins une puce optique assemblée et connectée électriquement à une carte de commande, la puce optique comportant au moins une diode adaptée à émettre ou à détecter un rayonnement lumineux au travers de la carte de commande.
Le procédé comporte les étapes suivantes :
- réalisation d’au moins une puce optique formée d’un substrat, d’ une couche active comportant au moins une diode, formée dans ou sur le substrat, et d’une couche d’interconnexion, recouvrant une face de la couche active, présentant une face dite avant opposée à la couche active, et comportant des plots de contact qui affleurent la face avant ainsi que des interconnexions électriques adaptées à polariser la diode à partir des plots de contact ;
- assemblage de la puce optique à un support au niveau de ladite face avant ;
- retrait au moins partiel du substrat suivant son épaisseur ;
- assemblage par report de la puce optique et du support sur la carte de commande de sorte qu’une face arrière de la puce optique, opposée à ladite face avant, soit orientée vers une face supérieure de la carte de commande sur laquelle repose la puce optique, la carte de commande comportant :
- une zone de transmission, autorisant la transmission optique dudit rayonnement lumineux au travers de la carte de commande, la puce optique étant positionnée de sorte que la diode soit située en regard de la zone de transmission ;
- des plots de polarisation situés au niveau de la face supérieure ;
- retrait total du support, de manière à rendre libre ladite face avant et donc accessibles les plots de contact ;
- réalisation d’une connexion électrique entre les plots de polarisation de la carte de commande et les plots de contact de la puce optique.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé de fabrication sont les suivants.
L’étape de réalisation d’une connexion électrique peut comporter le dépôt de bandes conductrices s’étendant sur une surface de la carte de commande et de la puce optique, entre les plots de polarisation et les plots de contact.
L’étape d’assemblage de la puce optique sur la carte de commande et l’étape de retrait total du support peuvent être réalisées de manière simultanée.
Le procédé de fabrication peut comporter en outre une étape de déformation du composant optoélectronique vis-à-vis d’un plan parallèle à la face supérieure de la carte de commande.
Le procédé de fabrication peut comporter, préalablement à l’étape de report, une étape de réalisation d’au moins un élément optique passif reposant sur la couche active, de sorte que, à la suite de l’étape de report, l’élément optique passif est situé entre la couche active et la carte de commande, et localisé en regard de la zone de transmission.
L’assemblage de la puce optique sur la face supérieure de la carte de commande peut être effectué par un matériau adhésif s’étendant autour de l’élément optique passif.
Le procédé de fabrication peut comporter une étape de réalisation d’une pluralité de puces optiques, celles-ci formant différentes parties d’un même empilement optoélectronique, le procédé comportant, après l’étape d’assemblage au support, une étape de découpe de l’ensemble formé de l’empilement optoélectronique assemblé au support.
L’invention porte également sur un composant optoélectronique à transmission optique en face arrière, comportant au moins une puce optique assemblée et connectée électriquement à une carte de commande, la puce optique comportant au moins une diode adaptée à émettre ou à détecter un rayonnement lumineux d’intérêt au travers de la carte de commande,
- la puce optique présentant une face dite arrière et une face opposée dite face avant, et étant assemblée à la carte de commande par sa face arrière, comportant : une couche active comportant au moins une diode formée dans ou sur un substrat ; et une couche d’interconnexion, recouvrant une face de la couche active, et comportant des plots de contact qui affleurent la face avant ainsi que des interconnexions électriques adaptées à polariser la diode à partir des plots de contact ;
- la carte de commande comportant : des plots de polarisation situés au niveau d’une face supérieure sur laquelle repose la puce optique ; une zone de transmission, autorisant la transmission optique dudit rayonnement lumineux au travers de la carte de commande, la puce optique étant positionnée de sorte que la diode soit située en regard de la zone de transmission ;
- une connexion électrique entre les plots de polarisation de la carte de commande et les plots de contact de la puce optique.
La carte de commande peut comporter un substrat isolant définissant la face supérieure et un circuit électrique s’étendant sur la face supérieure.
La carte de commande peut comporter un substrat isolant réalisé, dans la zone de transmission, en un matériau transparent vis-à-vis du rayonnement lumineux d’intérêt.
La carte de commande peut comporter un substrat isolant présentant une ouverture traversante définissant la zone de transmission.
La carte de commande peut présenter, dans la zone de transmission, un coefficient de transmission homogène vis-à-vis du rayonnement lumineux d’intérêt.
Le composant optoélectronique peut comporter une couche déformable, reposant sur la puce optique, et adaptée à se déformer en réponse à l’application d’un signal de commande par la carte de commande.
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
la figure 1, déjà décrite, est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un composant optoélectronique selon un exemple de l’art antérieur ;
les figures 2A à 2G sont des vues en coupe, schématiques et partielles, d’un composant optoélectronique pour différentes étapes d’un procédé de fabrication selon un mode de réalisation ;
les figures 3A et 3B sont des vues en coupe, schématiques et partielles, d’un composant optoélectronique selon deux variantes de réalisation.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l’échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux. Sauf indication contraire, les termes « sensiblement », « environ », « de l’ordre de » signifient à 10% près, et de préférence à 5% près. Par ailleurs, les termes « compris entre … et … » et équivalents signifient que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.
L’invention porte sur un procédé de fabrication d’au moins un composant optoélectronique à transmission optique en face arrière, autrement dit, un composant optoélectronique de type BSI (Back Side Illumination). Le terme « BSI » est ici à prendre au sens large : le composant optoélectronique peut ainsi être adapté à émettre ou à détecter un rayonnement lumineux d’intérêt. Le rayonnement lumineux d’intérêt est alors transmis par une face arrière de la puce optique, et non pas par une face avant opposée à la face arrière et orientée du côté d’une couche d’interconnexion.
Le composant optoélectronique est formé d’au moins une puce optique assemblée à une carte de commande. La puce optique comporte au moins un élément optiquement actif tel qu’une diode électroluminescente ou une photodiode, et de préférence, une matrice de diodes. La carte de commande comporte un circuit électrique destiné à appliquer aux diodes un signal de commande ou de lecture (alimentation). Elle est de préférence un circuit imprimé de type PCB (pourPrinted Circuit Board, en anglais).
Le composé optoélectronique comporte au moins une puce optique dont la face arrière est alors orientée vers la carte de commande. Aussi, comme décrit en détail plus loin, la carte de commande comporte une zone de transmission, autorisant la transmission optique du rayonnement lumineux d’intérêt à partir de ou en direction de la puce optique. Par transmission optique du rayonnement lumineux, on entend ici que la carte de commande présente, dans la zone de transmission, un coefficient de transmission du rayonnement lumineux d’intérêt au moins égal à 50%, et de préférence au moins égal à 80%, voire davantage.
Les figures 2A à 2G illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’un composant optoélectronique 1 de type BSI selon un mode de réalisation.
On définit ici et pour la suite de la description un repère direct tridimensionnel orthogonal XYZ, où les axes X et Y forment un plan parallèle à la face supérieure 30.2 de la carte de commande 30, et où l’axe Z est orienté de la carte de commande 30 vers la puce optique 10. Dans la suite de la description, les termes « inférieur » et « supérieur » s’entendent comme étant relatifs à un positionnement croissant suivant la direction +Z.
La figure 2A illustre une étape de réalisation d’un empilement optoélectronique 2. Cet empilement optoélectronique 2 peut former une même puce optique 10 ou une pluralité de puces optiques distinctes et destinées à être ultérieurement séparées les unes des autres. Dans cet exemple, l’empilement optoélectronique 2 correspond à une pluralité de différentes puces optiques, celles-ci pouvant être identiques ou différentes les unes aux autres en termes de propriétés optiques et/ou électroniques. L’empilement optoélectronique 2 comporte ici un substrat 11, une couche active 12 contenant une ou plusieurs diodes, et une couche d’interconnexion 13.
D’une manière générale, le substrat 11 est adapté à permettre la formation de la couche active 12. Il peut être une structure monobloc, ou peut être formé d’un empilement de couches tel qu’un substrat de type SOI (pourSilicon On Insulator, en anglais). Le substrat 11 peut présenter une épaisseur de l’ordre de plusieurs dizaines à centaines de microns. La couche active 12 est adaptée à émettre ou à détecter le rayonnement lumineux d’intérêt. Pour cela, elle comporte au moins une diode, et ici une matrice de diodes. Les diodes sont réalisées à base d’un matériau semiconducteur cristallin, par exemple un composé semiconducteur III-V, c’est-à-dire comportant des éléments chimiques des colonnes III et V du tableau périodique, ou un composé semiconducteur II-VI, entre autres. La couche active 12 peut être formée dans le substrat 11 et donc correspondre à une zone supérieure du substrat 11. En variante, elle peut être une couche distincte du substrat 11 reposant sur celui-ci. Aussi, la couche active 12 est dite formée dans ou sur le substrat 11.
Selon un mode de réalisation dans lequel la puce optique est un imageur CMOS, le substrat 11 peut être un substrat épais réalisé par exemple en silicium. La couche active 12 peut être, de manière connue, une partie supérieure du substrat épais 11 dans lequel les diodes sont réalisées, par exemple par implantation ionique, ou être une couche de silicium distincte du substrat épais 11. Des exemples de telles configurations sont décrits notamment dans les brevets EP2161751 et US7417268.
Selon un autre mode de réalisation, le substrat 11 est adapté à permettre la formation de la couche active 12, et notamment à permettre la croissance épitaxiale du composé semiconducteur à base duquel les diodes sont réalisées. Il comporte une face qui définit une surface de nucléation. Ainsi, dans le cas où la couche active 12 comporte des diodes réalisées à base d’un composé III-V, il peut ainsi comporter une couche de nucléation, par exemple en AlN ou en un matériau adapté. La couche active 12 peut comporter, à titre illustratif, une matrice de diodes électroluminescentes réalisées à base de GaN. Les diodes peuvent présenter une structure identique ou similaire à celle décrite dans la demande de brevet EP2960940, ou à celle décrite dans la publication de Fan et al. intituléeIII-nitride micro-emitter arrays development and applications, J. Phys. D: Appl. Phys. 41 (2008) 094001. La ou les diodes de la couche active 12 peuvent être réalisées par croissance épitaxiale MOCVD ou équivalent.
La couche d’interconnexion 13 comporte des interconnexions électriques 14 permettant la commande ou la lecture (alimentation) des diodes de la couche active 12. Elle est donc destinée à connecter électriquement la ou les diodes de la couche active 12 à la carte de commande 30. Les interconnexions électriques 14 sont des portions de lignes conductrices, par exemple métalliques, séparées les unes des autres par un matériau diélectrique, par exemple un oxyde ou un nitrure de silicium. La couche d’interconnexion 13 recouvre donc la couche active 12, et présente une face opposée à la couche active 12, dite face avant 10.2 de connexion, au niveau de laquelle affleurent au moins deux plots de contact 15. Ainsi, par l’application d’une polarisation électrique aux plots de contact 15, la ou les diodes sont activées pour émettre ou détecter le rayonnement lumineux d’intérêt.
Ainsi, on obtient un empilement optoélectronique 2 formé du substrat 11, de la couche active 12, et de la couche d’interconnexion 13. L’empilement optoélectronique 2 présente donc une face avant 10.2 de connexion au niveau de laquelle affleurent les plots de contact 15. La face opposée de l’empilement optoélectronique 2 forme une face dite arrière 10.1. Dans cet exemple, l’empilement optoélectronique 2 comporte plusieurs puces optiques destinées à être ultérieurement séparées les unes des autres par découpe de l’empilement optoélectronique 2.
La figure 2B illustre une étape d’assemblage de la puce optique 10, et dans cet exemple de l’empilement optoélectronique 2, à un support 20 formant ici une poignée temporaire.
Plus précisément, le support 20 est assemblé à l’empilement optoélectronique 2 au niveau de la face avant 10.2 de ce dernier. Il est destiné à permettre la manipulation de l’empilement optoélectronique 2 lors du report de ce dernier sur la carte de commande 30. Il permet en outre, préalablement à l’étape de report, de manipuler l’empilement optoélectronique 2 lors d’une étape de suppression partielle ou totale du substrat 11, et lors d’une étape de découpe de l’empilement optoélectronique 2 dans le but d’individualiser les puces optiques les unes vis-à-vis des autres.
Le support 20 est de préférence réalisé en un matériau présentant un coefficient de dilatation thermique (CTE) proche de celui du substrat 11. Il peut s’agir d’un substrat à base de silicium, de saphir ou autre, et son épaisseur peut être de l’ordre de plusieurs centaines de microns.
L’empilement optoélectronique 2 peut être assemblé au support 20 par collage au moyen d’une couche intercalaire de colle 21 pouvant être ultérieurement supprimée. Ainsi, à titre d’exemple, il est possible d’utiliser une colle à base de polymère thermosensible, d’un adhésif double face, d’un matériau sensible aux ultraviolets, ou de tout autre matériau équivalent.
La figure 2C illustre une étape de retrait au moins partiel du substrat 11 suivant l’axe Z de son épaisseur. Il peut donc s’agir d’un amincissement (réduction partielle de l’épaisseur du substrat 11) ou d’un retrait total. De préférence, le substrat 11 est aminci (retrait partiel et non total) de manière à assurer une protection de la couche active 12. De plus, dans le cas d’un imageur CMOS dans lequel la couche active 12 est une zone du substrat 11, celui-ci est nécessairement aminci et non totalement supprimé. Cette étape permet de réduire l’épaisseur totale de la puce optique 10, rendant ainsi possible la connexion électrique de la puce optique 10 à la carte de commande 30 via des bandes conductrices 35 déposées à la surface des puces 10, 30, par exemple par sérigraphie. Elle permet également d’augmenter la transmission optique du rayonnement lumineux d’intérêt par le substrat 11.
Pour cela, le retrait, ici partiel, du substrat 11 peut être effectué par une technique de type abrasion (grinding, en anglais), ou par toute autre technique équivalente. Le substrat aminci 11 peut alors présenter une épaisseur finale de l’ordre de quelques microns à quelques dizaines de microns, par exemple une épaisseur de 10µm environ. L’épaisseur finale du substrat aminci 11 est notamment choisie en fonction des applications du composant optoélectronique 1, et en fonction de la gamme spectrale du rayonnement lumineux d’intérêt, dans le but de limiter une éventuelle absorption du rayonnement par le substrat aminci 11.
La figure 2D illustre une étape de réalisation d’au moins un élément optique passif 17 sur la face arrière 10.1 de la puce optique 10, ici sur la face libre du substrat de croissance 11. Cette étape est facultative mais avantageuse. L’élément optique 17 peut être une couche antireflet, un filtre optique, une lentille planaire de mise en forme du faisceau lumineux, ou tout autre élément optique. L’élément optique 17 présente ici une face libre plane, de manière à autoriser l’assemblage à la carte de commande 30.
Par ailleurs, une étape de découpe de l’empilement optoélectronique 2 peut être effectuée, en particulier lorsqu’il comporte plusieurs puces optiques destinées à être séparées les unes des autres. Cette étape de découpe peut être effectuée suivant des lignes de découpe prédéfinies par les techniques connues, par exemple par découpe mécanique et/ou par laser, par gravure chimique, par gravure physique, ou autre. Cette étape de découpe peut être effectuée avant ou après la réalisation des éléments optiques. Par ailleurs, le support 20 est également découpé, permettant ainsi la manipulation de chaque puce optique 10 lors de l’étape suivante de report sur la carte de commande 30.
La figure 2E illustre une étape de report de la puce optique 10 sur la carte de commande 30. Plus précisément, la puce optique 10 est disposée au niveau de sa face arrière 10.1 sur la face supérieure 30.2 de la carte de commande 30, et non pas au niveau de sa face avant 10.2 comme dans l’exemple de l’art antérieur de la fig.1.
La carte de commande 30 permet la polarisation électrique de la ou des diodes, de manière à les activer en émission ou en détection. Elle comporte ainsi un circuit électrique à connecter aux plots de contact 15 de la couche d’interconnexion 13. Ainsi, elle comporte un substrat électriquement isolant 32 et un circuit électrique de commande ou de lecture (alimentation). La face supérieure 30.2 présente donc une surface d’assemblage, destinée à recevoir la puce optique 10. Au moins deux plots de polarisation 31 sont situés au niveau de la face supérieure 30.2. Plus précisément, les plots de polarisation 31 peuvent affleurer la face supérieure 30.2, notamment lorsque la carte de commande 30 est un circuit intégré par exemple en silicium (transparent à l’infrarouge), ou peuvent être disposés sur la face supérieure 30.2, notamment lorsque la carte de commande 30 est un circuit imprimé.
De préférence, la carte de commande 30 est un circuit imprimé de type PCB. Le substrat 32 est réalisé en au moins un matériau électriquement isolant, par exemple en résine époxy ou en polyimide, et le circuit électrique est réalisé sous la forme de bandes métalliques définies sur la face supérieure 30.2. La carte de commande 30 peut présenter une épaisseur et un matériau tels qu’elle est rigide ou est souple et déformable. Elle peut comporter un empilement de plusieurs couches de bandes métalliques séparées les unes des autres par un substrat isolant, et connectées entre elles par des trous métallisés. Le substrat 32 peut comporter un ou plusieurs matériaux électriquement isolants. Ainsi, il peut comporter un même matériau isolant qui s’étend dans la zone de transmission 33 comme en-dehors de celle-ci. En variante, il peut comporter plusieurs matériaux isolants, par exemple un premier matériau, opaque ou transparent, situé en -dehors de la zone de transmission 33, et un deuxième matériau, transparent, définissant la zone de transmission 33.
La carte de commande 30 comporte ainsi une zone de transmission 33, autrement dit une zone que peut traverser le rayonnement lumineux d’intérêt entre les faces inférieure 30.1 et supérieure 30.2 de la carte de commande 30, sans subir une absorption sensible ou une perturbation notable. Le coefficient de transmission de la carte de commande 30 y est alors au moins égal à 50%, de préférence au moins égal à 80% voire davantage. De plus, la carte de commande 30 ne comporte pas, dans cette zone de transmission 33, des connexions métalliques susceptibles de perturber la transmission du rayonnement lumineux d’intérêt. Cela se traduit par le fait que le coefficient de transmission, dans cette zone, est sensiblement homogène. Dans cet exemple, la zone de transmission 33 de la carte de commande 30 est formée par un matériau transparent. Il peut ainsi s’agir d’un substrat en verre, en saphir, en céramique transparent, entre autres. En variante, comme décrit plus loin, la zone de transmission 33 peut être formée par une ouverture traversante de la carte de commande 30. La puce optique 10 est positionnée sur la carte de commande 30 de sorte que la ou les diodes sont situées en regard de la zone de transmission 33.
Par ailleurs, la puce optique 10 est assemblée à la carte de commande 30, par exemple par collage. Dans cet exemple, un matériau adhésif 34 est situé entre le substrat aminci 11 et la face supérieure 30.2 de la carte de commande 30, et entoure de préférence continûment l’élément optique. Dans cet exemple, le matériau adhésif 34 n’est pas situé entre les diodes et la zone de transmission 33 et peut donc être sensiblement opaque au rayonnement lumineux d’intérêt. En variante, le matériau adhésif, alors transparent, peut être situé en regard de la zone de transmission 33, à l’interface entre l’élément optique et la face supérieure 30.2.
La figure 2F illustre une étape de retrait total du support 20. Ainsi, la face avant 10.2 est rendue libre, permettant alors d’accéder directement aux plots de contact 15 sans avoir à réaliser des vias métallisés comme dans l’exemple de l’art antérieur de la fig.1. La couche de colle temporaire est également supprimée lors de cette étape. A noter que, avantageusement, cette étape de retrait total du support 20 peut être effectuée simultanément à l’étape d’assemblage de la puce optique 10 sur la carte de commande 30. A cet égard, une étape d’exposition aux UV et/ou de chauffage peut permettre de coller la puce optique 10 sur la carte de commande 30, et simultanément, de décoller le support 20 vis-à-vis de la puce optique 10. Ainsi, la couche de colle 21 assurant l’assemblage de la puce optique 10 sur le support 20 est adaptée à être rendue non-fonctionnelle ou à être supprimée lors d’une exposition à un rayonnement lumineux prédéfini par exemple UV et/ou à un recuit à température prédéfinie. De plus, la couche de colle 34 assurant l’assemblage de la puce optique à la carte de commande 30 est adaptée à être rendue fonctionnelle lors de cette même exposition UV et/ou thermique.
Ainsi, on obtient un composant optoélectronique 1 formé de la carte de commande 30 et de la puce optique 10 assemblées l’une à l’autre. Les plots de polarisation 31 sont accessibles, ainsi que les plots de contact 15 affleurant la face avant 10.2 de connexion. Par ailleurs, les diodes de la puce optique 10 sont situées en regard de la zone de transmission 33 de la carte de commande 30. Autrement dit, la puce optique 10 est assemblée, au niveau de sa face arrière 10.1, sur la carte de commande 30. Le composant optoélectronique 1 est effectivement un composant de type BSI.
La figure 2G illustre une étape de connexion électrique entre la puce optique 10 et la carte de commande 30, et plus précisément entre les plots de contact 15 et les plots de polarisation 31. Dans cet exemple, la connexion électrique est réalisée par des bandes métalliques 35 déposées de manière localisée et s’étendant sur la face supérieure 30.2 de la carte de commande 30, sur la face latérale de la puce optique 10, et sur la face avant 10.2 de connexion de la puce optique 10. Les bandes métalliques 35 peuvent être réalisées par sérigraphie, par impression par jet d’encre, héliographie, flexographie, ou autres. En variante, une connexion électrique filaire peut être effectuée pour connecter ensemble les plots de contact 15 et les plots de polarisation 31. La connexion électrique par bandes métalliques 35 déposées est notamment rendue possible par le fait que le support 20 a été préalablement supprimé et le substrat 11 au moins aminci, de sorte que l’épaisseur de la puce optique 10 entre sa face arrière 10.1 et sa face avant 10.2 de connexion peut être de l’ordre de quelques microns à quelques dizaines de microns, par exemple de 5µm à 20µm environ.
Il en ressort que le procédé de fabrication selon l’invention est simplifié par rapport au procédé de l’art antérieur mentionné précédemment. En effet, il ne comporte pas d’étape d’assemblage de la puce optique 10 ou de l’empilement optoélectronique 2 sur un support formant une poignée permanente. Au contraire, par le report de la puce optique 10 sur la carte de commande 30 via un support 20 formant une poignée temporaire, on oriente la puce optique 10 de sorte que sa face arrière 10.1 soit tournée vers la carte de commande 30 et non plus vers une direction opposée. On évite ainsi d’avoir à réaliser des vias métallisés de reprise de contact, s’étendant entre la face arrière 10.1 et les plots de contact 15, comme décrit en référence à la fig.1. Ceci est autorisé par le fait que la carte de commande 30 présente une zone de transmission 33 en regard de laquelle sont situées la ou les diodes de la puce optique 10. De plus, par la suppression totale du support 20 formant la poignée temporaire, les plots de contact 15 sont rendus libres et la puce optique 10 présente une épaisseur totale particulièrement réduite, permettant d’effectuer la connexion électrique entre la puce optique 10 et la carte de commande 30 par des bandes métalliques 35 déposées à la surface de ces éléments, et non pas par connexion filaire. De plus, outre le fait d’obtenir un composant optoélectronique 1 particulièrement compact, celui-ci peut également être souple et déformable du fait de sa faible épaisseur totale.
La figure 3A est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un composant optoélectronique 1 selon une variante de réalisation. Dans cet exemple, la zone de transmission 33 de la carte de commande 30 est réalisée, non pas en un matériau transparent du substrat isolant 32 de la carte de commande 30, mais comme une ouverture formée dans le substrat isolant 32. Celui-ci peut alors être réalisé en un matériau partiellement ou totalement opaque au rayonnement lumineux d’intérêt. Aussi, comme l’illustre la fig.3A, la zone de transmission 33 de la carte de commande 30 peut être formée d’une ouverture traversante du substrat isolant 32. Le substrat isolant 32 délimite l’ouverture traversante dans le plan XY, et assure latéralement le maintien mécanique et la connexion électrique de la puce optique 10. En variante (non représentée), l’ouverture peut ne pas être traversante : une partie amincie reste présente dans la zone de transmission 33. Cependant, l’épaisseur de la partie amincie et le matériau de la partie amincie sont choisis de sorte que le coefficient de transmission optique dans cette zone reste au moins égal à 50%, et de préférence au moins égal à 80% voire davantage. Une partie amincie présente notamment l’avantage d’assurer une protection vis-à-vis de la face arrière 10.1 de la puce optique 10, et ici des éléments optiques 17.
Par ailleurs, selon un mode de réalisation, le composant optoélectronique 1 peut comporter une couche d’encapsulation 22 de la puce optique 10. Comme l’illustre la fig.3A, un matériau d’encapsulation 22 recouvre la puce optique 10 et repose également sur la face supérieure 30.2 de la carte de commande 30. Elle peut assurer le maintien de la connexion électrique entre les puces, une protection mécanique de la face avant 10.2 de la puce optique 10, une fonction de protection optique de la puce optique 10 vis-à-vis de rayonnement lumineux se propageant vers la face avant 10.2 de la puce optique 10, etc. Ce matériau d’encapsulation 22 peut également participer à maintenir déformé le composant optoélectronique 1, c’est-à-dire à maintenir une courbure du composant optoélectronique 1 par rapport au plan XY.
Selon un mode de réalisation, le composant optoélectronique 1 peut comporter au moins un élément optique passif (filtre optique, antireflet, lentille…) situé sur la face inférieure 30.1 du substrat au niveau de la zone de transmission 33. Par ailleurs, la face inférieure 30.1 peut y être structurée de manière à optimiser la transmission du rayonnement lumineux d’intérêt.
Selon un mode de réalisation, le composant optoélectronique 1 peut présenter une forme générale courbe par rapport au plan XY. Cette forme courbe peut être autorisée par l’épaisseur réduite du composant optoélectronique 1, par exemple de l’ordre de 100µm voire moins, par exemple de l’ordre de 50µm, la puce optique 10 présentant une épaisseur par exemple de l’ordre de 10 à 20µm. La forme courbe du composant optoélectronique 1 permet notamment de mettre en forme le faisceau lumineux émis ou à détecter, réduisant ainsi le besoin éventuel d’utiliser des éléments optiques tels que des lentilles de focalisation ou de diffusion.
A ce titre, la figure 3B est une vue en coupe, schématique et partielle, d’un composant optoélectronique 1 selon une variante de réalisation dans laquelle le composant optoélectronique 1 comporte une membrane active déformable 23, par exemple de type piézoélectrique. La membrane déformable 23 peut s’étendre sur la face avant 10.2 de la puce optoélectronique, et comporter au moins deux plots de contact 24 situés sur une face libre de la membrane déformable 23. Elle est électriquement isolée des bandes métalliques 35 de connexion entre les plots de contact 15 et les plots de polarisation 31 par une couche intermédiaire 25 électriquement isolante. Les plots de contact 24 sont alors connectés électriquement à des plots de polarisation 37 disposés au niveau de la face supérieure 30.2 de la carte de commande 30. Ainsi, par l’application d’une tension électrique à la membrane déformable 23, celle-ci se déforme de manière concave ou convexe, induisant alors une déformation du composant optoélectronique 1 dans son ensemble.
Par ailleurs, selon un mode de réalisation (non représenté), le composant optoélectronique 1 peut comporter une pluralité de puces optiques assemblées et connectées à la même carte de commande 30. Les puces optiques peuvent être identiques ou différentes entre elles, notamment en ce qui concerne leurs propriétés optiques et/ou électroniques, et en particulier en ce qui concerne la gamme spectrale d’émission ou de détection. Chaque puce optique 10 est connectée électriquement à des plots de polarisation 31 situés au niveau de la face supérieure 30.2 de la carte de commande 30.
Des modes de réalisation particuliers viennent d’être décrits. Différentes variantes et modifications apparaîtront à l’homme du métier.
Claims (13)
- Procédé de fabrication d’au moins un composant optoélectronique (1) formé d’au moins une puce optique (10) assemblée et connectée électriquement à une carte de commande (30), la puce optique (10) comportant au moins une diode adaptée à émettre ou à détecter un rayonnement lumineux au travers de la carte de commande (30), le procédé comportant les étapes suivantes :
- réalisation d’au moins une puce optique (10) formée de :
- un substrat (11),
- une couche active (12) comportant au moins une diode, formée dans ou sur le substrat (11),
- une couche d’interconnexion (13), recouvrant une face de la couche active (12), présentant une face dite avant (10.2) opposée à la couche active (12), et comportant des plots de contact (15) qui affleurent la face avant (10.2) ainsi que des interconnexions électriques (14) adaptées à polariser la diode à partir des plots de contact (15) ;
- assemblage de la puce optique (10) à un support (20) au niveau de ladite face avant (10.2) ;
- retrait au moins partiel du substrat (11) suivant son épaisseur ;
- assemblage par report de la puce optique (10) et du support (20) sur la carte de commande (30) de sorte qu’une face arrière (10.1) de la puce optique (10), opposée à ladite face avant (10.2), soit orientée vers une face supérieure (30.2) de la carte de commande (30) sur laquelle repose la puce optique (10), la carte de commande (30) comportant :
- une zone de transmission (33), autorisant la transmission optique dudit rayonnement lumineux au travers de la carte de commande (30), la puce optique (10) étant positionnée de sorte que la diode soit située en regard de la zone de transmission (33),
- des plots de polarisation (31) situés au niveau de la face supérieure (30.2) ;
- retrait total du support (20), de manière à rendre libre ladite face avant (10.2) et donc accessibles les plots de contact (15) ;
- réalisation d’une connexion électrique entre les plots de polarisation (31) de la carte de commande (30) et les plots de contact (15) de la puce optique (10).
- réalisation d’au moins une puce optique (10) formée de :
- Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l’étape de réalisation d’une connexion électrique comporte le dépôt de bandes conductrices (35) s’étendant sur une surface de la carte de commande (30) et de la puce optique (10), entre les plots de polarisation (31) et les plots de contact (15).
- Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape d’assemblage de la puce optique (10) sur la carte de commande (30) et l’étape de retrait total du support (20) sont réalisées de manière simultanée.
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comportant en outre une étape de déformation du composant optoélectronique (1) vis-à-vis d’un plan parallèle à la face supérieure (30.2) de la carte de commande (30).
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comportant, préalablement à l’étape de report, une étape de réalisation d’au moins un élément optique passif (17) reposant sur la couche active (12), de sorte que, à la suite de l’étape de report, l’élément optique passif (17) est situé entre la couche active (12) et la carte de commande (30), et localisé en regard de la zone de transmission (33).
- Procédé de fabrication selon la revendication 5, dans lequel l’assemblage de la puce optique (10) sur la face supérieure (30.2) de la carte de commande (30) est effectué par un matériau adhésif (34) s’étendant autour de l’élément optique passif (17).
- Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comportant une étape de réalisation d’une pluralité de puces optiques, celles-ci formant différentes parties d’un même empilement optoélectronique (2), le procédé comportant, après l’étape d’assemblage au support (20), une étape de découpe de l’ensemble formé de l’empilement optoélectronique (2) assemblé au support (20).
- Composant optoélectronique (1) à transmission optique en face arrière (10.1), comportant au moins une puce optique (10) assemblée et connectée électriquement à une carte de commande (30), la puce optique (10) comportant au moins une diode adaptée à émettre ou à détecter un rayonnement lumineux d’intérêt au travers de la carte de commande (30),
- la puce optique (10) présentant une face dite arrière (10.1) et une face opposée dite face avant (10.2), et étant assemblée à la carte de commande (30) par sa face arrière (10.1), comportant :
- une couche active (12) comportant au moins une diode formée dans ou sur un substrat (11), et
- une couche d’interconnexion (13), recouvrant une face de la couche active (12), et comportant des plots de contact (15) qui affleurent la face avant (10.2) ainsi que des interconnexions électriques (14) adaptées à polariser la diode à partir des plots de contact (15) ;
- la carte de commande (30) comportant :
- des plots de polarisation (31) situés au niveau d’une face supérieure (30.2) sur laquelle repose la puce optique (10),
- une zone de transmission (33), autorisant la transmission optique dudit rayonnement lumineux au travers de la carte de commande (30), la puce optique (10) étant positionnée de sorte que la diode soit située en regard de la zone de transmission (33) ;
- une connexion électrique entre les plots de polarisation (31) de la carte de commande (30) et les plots de contact (15) de la puce optique (10).
- la puce optique (10) présentant une face dite arrière (10.1) et une face opposée dite face avant (10.2), et étant assemblée à la carte de commande (30) par sa face arrière (10.1), comportant :
- Composant optoélectronique (1) selon la revendication 8, dans lequel la carte de commande (30) comporte un substrat isolant (32) définissant la face supérieure (30.2) et un circuit électrique s’étendant sur la face supérieure (30.2).
- Composant optoélectronique (1) selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la carte de commande (30) comporte un substrat isolant (32) réalisé, dans la zone de transmission (33), en un matériau transparent vis-à-vis du rayonnement lumineux d’intérêt.
- Composant optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel la carte de commande (30) comporte un substrat isolant (32) présentant une ouverture traversante définissant la zone de transmission (33).
- Composant optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications 8 à 11, dans lequel la carte de commande (30) présente, dans la zone de transmission (33), un coefficient de transmission homogène vis-à-vis du rayonnement lumineux d’intérêt.
- Composant optoélectronique (1) selon l’une quelconque des revendications 8 à 12, comportant une couche déformable (23), reposant sur la puce optique (10), et adaptée à se déformer en réponse à l’application d’un signal de commande par la carte de commande (30).
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| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3094141A1 (fr) |
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2019
- 2019-03-18 FR FR1902753A patent/FR3094141A1/fr not_active Withdrawn
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