FR2807613A1 - Structure de composants haute-densite formee par assemblage et son procede de fabrication - Google Patents

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Claude Massit
Gilles Poupon
Henri Sibuet
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Abstract

L'invention concerne une structure comprenant une succession d'éléments destinés à émettre ou à recevoir un signal le long d'un axe. La structure comprend au moins un ensemble de deux barrettes (10, 11) empilées selon la direction perpendiculaire à l'axe, chaque barrette comprenant une succession d'éléments alignés selon une direction parallèle à l'axe, les éléments alignés qui appartiennent à une première barrette étant décalés, dans la direction de l'axe, par rapport aux éléments alignés qui appartiennent à une autre barrette.L'invention s'applique au domaine de l'impression de support et, plus particulièrement, à l'impression de support à haute résolution.

Description

STRUCTURE <B>DE</B> COMPOSANTS HAUTE-DENSITE FORMEE ASSEMBLAGE <B>ET SON</B> PROCEDE <B>DE FABRICATION</B> Domaine<U>technique et art antérieur</U> L'invention concerne une structure comprenant une succession d'éléments destinés à émettre à recevoir un signal le long d'un axe.
L'invention s'applique avantageusement au cas où éléments destinés à émettre ou à recevoir le signal doivent atteindre une haute densité. I1 peut s'agir par exemple, de réseaux de composants optiques (diodes laser, fibres optiques, détecteurs), de réseaux d'antennes, de têtes d'impression, etc.
A titre d'exemple non limitatif, l'invention sera plus particulièrement décrite dans le cas d'une tête d impression.
Une technique d'impression connue est l'impression à l'aide de barrettes. Chaque barrette comprend des éléments alignés côte à côte. Chaque élément est soit une tête magnétique, soit une résistance, selon que le signal d'impression est magnétostatique ou thermique. Une ou plusieurs barrettes mises bout à bout forment une ligne de la largeur du support à imprimer.
Le support qui reçoit l'impression défile par rapport aux barrettes qui transforment les signaux électriques d'écriture reçus soit en signaux magnétiques, soit en signaux thermiques. L'impression du support s'effectue ligne par ligne par défilement relatif du support ou des barrettes. Chaque élément reçoit un signal d'écriture qui se renouvelle à chaque ligne à imprimer. Plusieurs procédés de fabrication tête 'impression sont connus de l'art antérieur.
Une première technique connue consiste à assembler des têtes d'impression individuelles. Une tête d'impression individuelle peut comporter, par exemple, une tête magnétique commandée par une diode ou transistor. La tête magnétique est réalisée sur un support mécanique et la diode de commande soudée le support. Les têtes d'impression individuelles sont alors montées sur un support mécanique avec un interposeur entre les têtes.
Cette méthode de fabrication limite la résolution de la tête d'impression à des valeurs comprises entre 150 et 300 dpi (dpi pour "dot per inch").
Une deuxième méthode de fabrication est liée aux techniques de la micro-électronique. Les têtes d'impression sont alors réalisées de façon collective sur un substrat semi-conducteur. Un exemple de structure collective de têtes d'impression obtenue selon cette deuxième méthode est représentée en figure 1.
La tête d'impression 1 est constituée d'un ensemble de têtes magnétiques individuelles 3 réalisées un substrat semi-conducteur 4. Chaque tête magnétique individuelle 3 est commandée par diode Les diodes 2 peuvent être intégrées ou rapportées le substrat semi-conducteur 4.
Cette deuxième technique de fabrication permet 'atteindre des résolutions de l'ordre de dpi. Cependant, de telles résolutions ne peuvent être atteintes qu'à l'aide d'une réduction de la taille des têtes magnétiques. De façon désavantageuse il en résulte une diminution de l'intensité du champ magnétique induit par les têtes magnétiques.
Cette technique présente également d autres inconvénients. Comme représenté en figure 2, le tambour 5 de l'imprimante vient au contact des têtes magnétiques 3. Dans le cas où les diodes 2 sont rapportées sur le substrat 4, il est alors nécessaire d'éloigner les diodes 2 des têtes 3 afin d'éviter que le tambour ne vienne au contact des diodes. La zone située entre les diodes 2 et les têtes 3 est alors perdue. La longueur la ligne qui sépare une diode 2 d' tête magnétique 3 peut alors présenter une résistance électrique susceptible de réduire les performances de la tête magnétique.
Dans le cas où les diodes 2 sont intégrées au substrat 4, l'inconvénient mentionné ci-dessus n existe pas. Cependant, il est alors nécessaire de mettre en oeuvre deux technologies de fabrication différentes une pour les diodes, une autre pour les têtes magnétiques. Le rendement de fabrication s'en trouve diminué.
L'invention ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Exposé de l'invention L'invention concerne une structure comprenant une succession d'éléments -pour émettre ou recevoir un signal le long d'un axe. La structure comprend au moins un ensemble de deux barrettes (10, 11) empilees selon la direction perpendiculaire à l'axe, chaque barrette comprenant une succession d'éléments alignés selon une direction parallèle à l'axe, deux éléments successifs de la structure selon la direction parallèle à l'axe appartenant à deux barrettes différentes.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une structure comprenant une succession d'éléments destinés à émettre ou à recevoir signal le long d'un axe. Le procédé comprend au moins une etape d'empilement de deux barrettes selon une direction perpendiculaire à l'axe, chaque barrette comprenant une succession d'éléments alignés selon une direction parallèle à l'axe, l'empilement étant effectué de sorte que deux éléments successi de la structure appartiennent à deux barrettes différentes.
Selon l'invention, deux éléments successifs de structure dans la direction de l'axe sont décalés, l'un par rapport à l'autre, dans la direction perpendiculaire à l'axe.
Le décalage des éléments par rapport à l'axe peut être compensé par un système électronique de déphasage temporel. C'est le cas lorsque l'écart entre deux éléments successifs selon la direction perpendiculaire à l'axe est supérieur au pas qui sépare deux éléments selon l'axe. Lorsque l'écart est inférieur ou égal audit pas, le système de déphasage n'est pas nécessaire.
Ainsi, l'invention concerne-t-elle également un dispositif comprenant une structure telle que celle selon l'invention. Le dispositif comprend, en outre, un système électronique déphasage temporel pour compenser le décalage entre deux éléments successifs dans la direction perpendiculaire à l'axe.
L'invention concerne encore une tête d'impression comprenant une succession de têtes magnétiques ou de " istances pour réaliser une impression le long d'un . La tête d'impression est une structure telle que selon l'invention mentionnée ci-dessus.
L'invention concerne encore un procédé de fabrication d'une tête 'impression comprenant une succession de têtes magnetiques ou de résistances pour réaliser une impression long d'un axe. Le procédé met en #uvre un procédé tel que selon l'invention mentionné ci-dessus.
L'invention permet avantageusement d'obtenir une structure à haute résolution.
A titre d'exemple non limitatif, dans la suite de la description, l'invention sera plus particulièrement décrite dans le cas où la structure est une tête d'impress' dont les éléments sont des têtes magnétiques. <U>Brève description des figures</U> D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférentiels de l'invention fait en référence aux figures ci-annexées parmi lesquelles - la figure 1 représente une tête d'impression selon l'art antérieur, - la figure 2 représente une vue en coupe de tête d'impression de la figure 1, équipée de tambour, - la figure 3 représente une vue en perspective d' premier exemple de tête d'impression selon l'invention, - la figure 4 représente une vue en coupe d' deuxième exemple de tête d'impression selon l'invention, - les figures 5A-5J représentent un procédé fabrication de tête d'impression telle que représentée figure 4, - les figures 6A et 6B représentent respectivement un troisième exemple et un quatrième exemple de tête d'impression selon l'invention. <U>Description détaillée de modes de mise en</U> #uvre 'inv<U>ention</U> Sur toutes les figures, les mêmes repères désignent les mêmes éléments.
Les figures 1 et 2 ont été décrites précédemment, il est donc inutile d'y revenir.
La figure 3 représente une vue en perspective de deux sous-ensembles permettant de réaliser premier exemple de tête d'impression selon l'invention.
Un premier sous-ensemble E1 comprend une première barrette 6, une deuxième barrette 7, et plusieurs blocs de diodes B1, B2, B3. Un deuxième sous- ensemble E2, identique au premier sous-ensemble E1, comprend une première barrette 8, une deuxième barrette 9 et plusieurs blocs de diodes (non représentés sur la figure) . Les barrettes 6 et 7 du sous-ensemble E1, de même que les barrettes 8 et 9 du sous-ensemble E2, sont fixees l'une à l'autre, par exemple à l'aide de billes de soudure déposées sur des plots d'accrochage. Ces billes de soudure permettent aussi une connexion électrique entre les barrettes 6 et 7 du sous-ensemble E1 les barrettes 8 et 9 du sous-ensemble E2.
Chaque barrette comprend un ensemble de têtes magnétiques réalisées sur l'une de ses faces. face sur laquelle sont situées les têtes magnétiques de la barrette 6 est fixée à la face sur laquelle sont situées les têtes magnétiques de la barrette De même, la face sur laquelle sont situées les têtes magnétiques de la barrette 8 est fixée à la face sur laquelle sont situées les têtes magnétiques la barrette 9.
Pour fixer la barrette 7 (respectivement 9) à la barrette 6 (respectivement 8), la barrette 7 (respectivement 9) est positionnée sur la barrette 6 (respectivement 8) et pendant la phase de refonte des bil de soudure, les pièces s'autoalignent.
Les diodes de commande des têtes magnétiques du premier sous-ensemble E1 sont réalisées par blocs (B1, B2, ) rapportés sur la face de la barrette 6 sur laquelle sont réalisées les têtes magnétiques. Les diodes des blocs B1, B2, B3 permettent de commander à la fois les têtes magnétiques de la barrette 6 et les têtes magnétiques de la barrette 7. De même, les diodes de commande des têtes magnétiques du deuxième sous-ensemble E2 sont réalisées par blocs (non représentés sur la figure) rapportés la face de la barrette 8 sur laquelle sont réalisées les têtes magnétiques.
Les diodes des blocs ainsi rapportés permettent de commander les têtes magnétiques des barrettes 8 et Les deux sous-ensembles E1 et E2 sont assemblés entre eux à l'aide d'entretoises T, par exemple des billes rigides, placées dans des cavités C préalablement réalisées sur les faces arrières des barrettes respectives 6 et 8.
Les deux sous-ensembles E1 et E2 sont pressés 'un contre l'autre et alignés. L'espace restant entre modules peut alors être rempli par de la colle, par exemple de la résine époxy.
L'assemblage des sous-ensembles E1 et E2 peut également être réalisé par des billes fusibles reportées sur des plots d'accrochage. Ces plots d'accrochage sont alors préalablement réalisés sur les faces arrières des barrettes respectives 6 et 8.
La température de refusion des billes utilisées pour l'assemblage des sous-ensembles E1 et E2 est inférieure à celle des billes utilisées pour l'assemblage des barrettes 6 et 7 (respectivement 8 et 9). Pendant la phase de refonte, les deux sous- ensembles s'auto-alignent.
Quel que soit l'empilement réalisé, l'ensemble peut, en fin de procédé, être avantageusement rempli, par exemple, par de la résine pour obtenir un ensemble mécaniquement rigide (il en est de même pour les autres exemples de réalisation).
Les extrémités des têtes magnétiques du sous- ensemble E1 et E2 constituent des pôles magnétiques. A titre d'exemple non limitatif, le sous-ensemble E1 comprend 14 pôles magnétiques pE11,..., pE114 et le sous-ensemble E2 comprend 14 pôles magnétiques pE21, ..., pE214. Selon l'invention, les signaux qui permettent former une ligne d'impression sur le support sont alors constitués, par exemple, des signaux issus des poles magnétiques successifs pE11, pE21, pE12, pE22, <B>...</B> , pE114, pE214.
La différence de hauteur des pôles dans la direction perpendiculaire à l'axe que définit la ligne d'impression peut être compensée par un système électronique de déphasage temporel.
A titre d'exemple non limitatif, pour un pas des pôles magnétiques conduisant à une résolution de 225 dpi pour une barrette (6, 7, 8 ou 9), on peut obtenir résolution de 450 dpi pour chaque sous- ensemble E1, en assemblant les barrettes respectives de ces sous-ensembles avec un décalage d'un demi-pas. L'assemblage deux sous-ensembles E1 et E2 avec un décalage d'un quart de pas conduit alors à une résolution de 900 dpi. Une telle résolution peut encore être augmentée si le pas des pôles magnétiques d'une barrette conduit à une résolution supérieure à 225 dpi. Par exemple, une résolution de 300 dpi pour les barrettes 6 7, 8 et 9 conduit à une résolution de 1200 dpi ( x 300 dpi) pour la tête d'impression constituée des deux sous-ensembles E1 et E2. décalage des pôles magnétiques selon une direction parallèle à l'axe d'impression peut être réalisé différentes manières. I1 est par exemple possible soit de réaliser des barrettes différentes quant à la position des pôles magnétiques et d'assembler symétriquement les barrettes, soit de réaliser des barrettes identiques et d'assembler les barrettes avec un décalage.
La figure 4 représente une vue en coupe d'un deuxième exemple de tête d'impression selon l'invention.
tête d'impression représentée, à titre d'exemple en figure 4 comprend quatre barrettes 10, 11, 12, . A titre d'exemple non limitatif, chaque barrette (N=10, 11, 12, 13) comprend une face sur laquelle sont situées quatre têtes magnétiques. Les extrémités des têtes magnétiques de la barrette N (N=10, 11 12, 13) constituent des pôles magnétiques alignés pN1, pN2, pN3, pN4. Deux pôles magnétiques successifs pNi+i et pNi (i=1, 2, 3) sont séparés par une même distance d. La distance d peut être, par exemple, sensiblement égale à 110 um.
La face sur laquelle sont situées les têtes magnétiques de chaque barrette comprend également des plots d'accrochage de bille pa.
Un premier sous-ensemble est constitué par l'assemblage des barrettes 10 et 11 à l'aide de billes de soudure b. Un deuxième sous-ensemble est constitué par l'assemblage des barrettes 12 et 13 à l'aide de billes de soudure b. Les deux sous-ensembles ainsi constitués sont fixés entre eux par des entretoises exemple des billes de verre.
Le décalage des pôles magnétiques est réalise l'assemblage des barrettes.
La distance d représente le pas qui sépare deux pôles magnétiques successifs d'une même barrette. Les pôles magnétiques de la barrette 10 sont décalés d' quart de pas (d/8) par rapport aux plots d'accrochage pa qui relient la barrette 10 à la barrette 11. pôles magnétiques de la barrette 13 sont de même décalés d'un 1/8 de pas (d/8) par rapport aux plots accrochage pa qui relient la barrette 13 à la barrette 12. La barrette 11 (respectivement 13) est decalée d'un quart de pas (d/4) par rapport à la barrette 10 (respectivement 12) et les deux sous- ensembles F1 et F2 sont décalés d'un demi-pas (d/2) entre eux. Le pas des pôles magnétiques selon l' d'impression est alors égal à d/4.
De façon plus générale, il faut noter qu' structure à quatre barrettes selon l'invention permet d obtenir 24 configurations pour l'ordre des têtes. Dans certaines configurations on peut ne pas avoir de barrettes identiques.
La précision sur le pas des pôles magnétiques obtenue par la précision d'assemblage par billes de soudure. A titre d'exemple, il est possible d'obtenir une précision de + 0,2 lzm selon l'axe d'impression une précision de + 1 um dans la direction perpendiculaire à cet axe. La précision sur positionnement relatif des deux sous-ensembles peut également être égale à + 1 um si des billes de soudure sont utilisées pour assembler les deux sous-ensembles.
Le procédé de fabrication selon l'invention permet ainsi d'obtenir une bonne précision sur la distance qui sépare les têtes magnétiques, puisque l'assemblage utilise un système d'auto-alignement (billes fusibles et/ou entretoises imbriquées dans les substrats) et une meilleure résolution que dans l'art antérieur.
Les figures 5A-5J représentent un procédé de fabrication de tête d'impression telle que représentée figure 4.
La figure 5A représente un substrat S, par exemple un substrat de silicium, dont première face recouverte de têtes magnétiques et dont une deuxième face est recouverte d'un masque de gravure 14 réalisé, par exemple, par une couche nitrure de silicium. Les extrémités des têtes magnétiques constituent les pôles magnétiques P111 p112, p113 et p114. Une couche isolante I en surface substrat S entoure les têtes magnétiques p111, p112, p113, p114.
Les figures 5B à 5H représentent la fabrication de la barrette 11 à partir de la structure représentée figure 5A.
La figure 51 représente l'assemblage des barrettes 10 et 11. La figure 5J représente 'assemblage des barrettes 10, 11, et 13 pour constituer une tête d'impression telle que représentée en figure 4. Le .procédé de fabrication de la barrette 11 à partir de la structure représentée en figure 5A se compose des étapes suivantes - dépôt d'une couche métallique d'accrochage 15 sur la première face de la structure (figure 5B), - dépôt, insolation et développement de résine photosensible 16 sur le masque de gravure 14 (figure 5C), - gravure du masque de gravure 14 aux endroits où la résine photosensible 16 est absente (figure 5D), - retrait de la résine photosensible 16 (figure 5E), - gravure du substrat S pour former les cavités C (figure 5F) ; la gravure peut être une gravure sèche ou humide, par exemple à l'aide d'une solution à base de KOH - dépôt, insolation et développement résine photosensible 17 sur la couche métallique d'accrochage 15 aux emplacements plots d'accrochage de billes (figure 5G), - gravure de la couche métallique d'accrochage et retrait de la résine photosensible pour constituer les plots d'accrochage de billes pa (figure figure 51 représente l'assemblage des barrettes 10 et 11. La barrette 10 est fabriquée à partir 'une structure telle que celle de la figure 5A mais dépourvue de masque de gravure 14. barrettes 10 et 11 sont assemblées à l'aide de billes de soudure b. Avantageusement, la distance entre barrettes peut être réglées par la hauteur des billes de soudure.
La figure 5J représente l'étape d'assemblage, par des entretoises T, d'un premier sous-ensemble F1 constitué des barrettes 10 et 11 et d'un deuxième sous- ensemble F2 constitué des barrettes 12 et 13. Comme cela a été mentionné précédemment, de la colle, par exemple de la résine époxy, peut être introduite dans l'espace restant entre les sous-ensembles F1 F2, de même que dans l'espace qui sépare les barrettes.
L'invention concerne également le cas aucune colle n'est introduite entre les sous-ensembles F1 et et/ou l'espace qui sépare les barrettes. procédé selon l'invention permet alors avantageusement une réparation facile de la tête d'impression. est en effet possible de remplacer un sous-ensemble défectueux F1 ou F2 par un autre, voire une barrette par une autre. Comme cela a été mentionné précédemment, les têtes magnétiques sont commandées par des diodes de commande. Selon le procédé de fabrication de têtes d'impression représenté aux figures 5A-5J, diodes commande des têtes magnétiques de la structure constituée par les barrettes 10 et sont préférentiellement assemblées en même temps que sont assemblées les barrettes 10 et 11. I1 en de même pour les diodes de commande des têtes magnétiques de la structure constituée par les barrettes 12 13 qui sont préférentiellement assemblées en même temps que sont assemblées les barrettes 12 et 13. diodes peuvent également être intégrées au substrat S.
Les figures 6A et 6B représentent respectivement une vue en coupe d'un troisième exemple 'assemblage de barrettes selon l'invention et une vue en coupe d'un quatrième exemple d'assemblage de barrettes selon l'invention. Selon l'exemple représenté en figure 6A, la tête d'impression comprend quatre barrettes 17, , 19, empilées de façon pyramidale. Les barrettes sont reliées les unes aux autres par des billes de soudure b deposées sur des plots d'accrochage. Des fils de connexion F relient électriquement les faces des barrettes sur lesquelles sont situées les têtes magnétiques. L'utilisation de fils de connexion électrique permet de ramener tous les plots d entrée/sortie sur une même barrette.
Selon l'exemple représenté en figure la tete d'impression comprend également quatre barrettes superposées 21, 22, 23, 24. Un premier sous-ensemble est constitué des deux barrettes 21, 22 assemblées par des billes de soudure. Un deuxième sous-ensemble est constitué des deux barrettes 23, 24 également assemblées par des billes de soudure.
Le premier et le deuxième sous-ensembles sont assemblés par une bille de soudure B de dimensions supérieures aux billes de soudure b qui relient entre elles les barrettes. Cette bille B permet en outre de relier électriquement les sous-ensembles.
Selon les modes de réalisation décrits ci- dessus, les têtes d'impression sont des têtes d'impression magnétiques. De façon plus générale, l'invention concerne également d'autres types tête d'impression, par exemple les têtes d'impression qui comprennent des résistances à la place têtes magnétiques.

Claims (6)

REVENDICATIONS
1. Structure comprenant une succession d'éléments pour émettre ou recevoir un signal le long d'un axe, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un ensemble de deux barrettes (10, 11) empilées selon la direction perpendiculaire à l'axe, chaque barrette comprenant une succession d'éléments alignés selon une direction parallèle à l'axe, deux éléments successifs de la structure selon la direction parallèle à 1 axe appartenant à deux barrettes différentes de sorte que lesdits deux éléments successifs soient décalés, l'un par rapport à l'autre, dans la direction perpendiculaire à l'axe.
2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les deux barrettes d'un ensemble sont connectées par des billes de soudure (b).
3. Structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'au moins deux ensembles (E1, E2 de deux barrettes sont fixés l'un à l'autre par des entretoises (T).
4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 ou 3, caractérisée en ce qu'au moins deux ensembles de deux barrettes sont fixés l' à l'autre par au moins une bille de soudure (B).
5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments qui appartiennent à une barrette sont situés sur une face de la barrette.
6. Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un bloc de diodes (B1, B2 B3) rapporté sur au moins une barrette, une diode de chaque bloc (B1 B2, B3) permettant la commande d'un élément. . Dispositif comprenant une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracterisé, en outre en ce qu'il comprend un système électronique de déphasage temporel pour compenser le décalage entre deux éléments successifs selon la direction perpendiculaire à l'axe. . Tête d'impression comprenant une succession de têtes magnétiques ou de résistances pour réaliser une impression le long d'un axe, caractérisée en ce qu'elle est une structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans laquelle un élément la succession d'éléments est une tête magnétique une résistance. 9. Procédé de fabrication d'une structure comprenant une succession d'éléments destinés à émettre ou à recevoir un signal le long d'un axe, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape d'empilement de deux barrettes (10, 11) selon une direction perpendiculaire à l'axe, chaque barrette comprenant une succession d'éléments alignés selon une direction parallèle à l'axe, l'empilement étant effectué de sorte que deux éléments successifs de la structure appartiennent à deux barrettes différentes. 10. Procédé selon la revendication , caractérisé en ce que l'étape d'empilement des deux barrettes selon la direction perpendiculaire à l'axe est effectuée en reliant les barrettes par des billes de soudure (b). 11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape d'empilement (T) de deux ensembles de barrettes empilées (F1, F2) à l'aide d'entretoises (T). 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une étape d'empilement de deux ensembles de barrettes empilées (F1, F2) à l'aide d'au moins bille soudure (B). 13. Procédé selon l'une quelconque revendications 11 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend une étape pour introduire de la colle dans l'espace existant entre les deux sous-ensembles , F2). 14. Procédé selon l'une quelconque revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend étape pour introduire de la colle dans l'espace existant entre deux barrettes. Procédé de fabrication d'une tête d'impression comprenant une succession de têtes magnétiques ou de résistances pour réaliser une impression le long d'un axe, caractérisé en ce qu' en #uvre un procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 dans lequel un élément de succession d'éléments est une tête magnétique ou resistance.
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