FR2963114A1

FR2963114A1 - Dispositif optique, boitier a l'echelle d'une tranche pour un tel dispositif optique et procede correspondant.

Info

Publication number: FR2963114A1
Application number: FR1056124A
Authority: FR
Inventors: Luc Andre
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2010-07-26
Publication date: 2012-01-27
Anticipated expiration: 2030-07-26
Also published as: WO2012014155A1; EP2598920A1; US20130249034A1; FR2963114B1

Abstract

Dispositif optique réalisé par découpe d'un boîtier à l'échelle d'une tranche comprenant au moins un module optique formé d'un substrat percé d'une pluralité de trous traversants et d'éléments optiques disposés dans les trous, caractérisé en ce que, dans au moins un trou dudit au moins un module optique, sont disposées deux lentilles en au moins un matériau polymère, transparent dans la gamme 400nm-700nm, et un substrat comportant une pluralité de systèmes imageurs.

Description

Dispositif optique, boîtier à l'échelle d'une tranche pour un tel dispositif optique et procédé correspondant L'invention concerne le domaine des dispositifs optiques tels que 5 des dispositifs de caméra et plus particulièrement des boîtiers à l'échelle d'une tranche pour de tels dispositifs. Ces dispositifs sont notamment destinés à des téléphones portables ou à des organiseurs (PDA : Persona] Digit Assistant). Ainsi, le document US-7 564 496 décrit un dispositif de caméra a o comprenant un élément pour saisir des images, par exemple un système imageur CMOS et un empilement d'ensembles optiques, des espaceurs étant prévus entre les ensembles optiques et entre l'élément de capture d'images et l'empilement d'ensembles optiques. Chaque ensemble optique comporte un substrat et des lentilles 15 qui peuvent être formées sur le substrat ou dans des trous traversants du substrat. Par ailleurs, le substrat peut être réalisé en un matériau transparent optiquement, tel que du verre ou du quartz. Il peut également être réalisé en un matériau opaque de façon à éviter des réflexions de lumière 20 parasites dans le dispositif de caméra. Ce mode de réalisation permet de s'affranchir du capotage optique autour de l'empilement de modules optiques. D'autres documents décrivent des modules optiques comprenant un substrat percé de trous traversants, dans lesquels est formée une lentille réalisée en résine. 25 Ainsi, le document JP-2009300596 décrit une lentille en résine qui remplit complètement le trou réalisé dans le substrat, les bords de la lentille étant accrochés aux parois du trou. Cette lentille est délimitée, de part et d'autre du substrat, par deux interfaces air-résine, chacune d'elle pouvant être sphérique ou asphérique. 3o De même, le document JP-2009251366 décrit un substrat comportant une lentille dans chaque trou traversant réalisé dans le substrat, les bords de la lentille étant accrochés aux parois du trou.

Là encore, chaque lentille est délimitée, de part et d'autre du substrat, par deux interfaces air-résine qui peuvent être sphériques ou asphériques. Les modules optiques décrits dans ces documents nécessitent l'utilisation d'une grande quantité de résine, ce qui a des conséquences négatives sur le comportement en température du module optique. De façon générale, les montées en température peuvent se produire, soit au cours de la réalisation du dispositif optique, soit au cours de l'utilisation de celui-ci, lorsqu'il est intégré par exemple dans un téléphone ~o portable. Lors de la réalisation du dispositif optique, l'étape de « reflow » ou de connexion métallique par soudage thermique est une étape particulièrement critique. Cette étape consiste à chauffer à quelques centaines de degrés et pendant quelques minutes les billes métalliques 15 situées sous le capteur CMOS de façon à établir un contact entre ce capteur et le circuit d'adressage situé en dessous. Cette étape va évidemment faire chauffer non seulement ces billes, mais également l'ensemble des éléments rapportés au dessus du capteur, et en particulier les modules optiques associés au capteur. 20 D'autres montées en température importantes peuvent se produire lors de l'assemblage des modules optiques et du capteur CMOS. Par ailleurs, au cours de l'utilisation du téléphone portable, l'utilisateur peut le laisser dans sa voiture pendant plusieurs heures au soleil. C'est un cas assez sévère qui peut correspondre à une température de 80°C 25 pendant plusieurs heures. Par ailleurs, lors d'un échauffement du dispositif, les matériaux auront tendance à se dilater. L'accroissement de volume de ces matériaux est fonction de leur coefficient d'expansion thermique (CTE). Si les coefficients d'expansion thermique sont proches, alors les matériaux se dilatent de la 3o même quantité. La montée en température ne crée pas de tension mécanique. A l'inverse, si les coefficients d'expansion thermique sont très différents, les matériaux ne se dilatent pas de la même façon. Un accroissement en température a alors pour effet de créer des tensions mécaniques dans l'assemblage. Ces tensions mécaniques augmentent avec la quantité de résine présente dans les modules optiques.

Elles entraînent une déformation par torsion des substrats constituant l'empilement. Cette déformation a deux effets. D'une part, elle peut provoquer des craquements ou une délamination de l'empilement. D'autre part, elle conduit au non respect des cotes mécaniques des modules optiques, c'est-à-dire à une détérioration de la qualité optique résultante.

Ainsi, le fait d'utiliser dans les modules optiques des matériaux de coefficients d'expansion thermique différents conduit à une réduction de la tenue mécanique et/ou à une réduction de la qualité de l'image. Par ailleurs, ces documents décrivent tous des modules optiques comportant une seule lentille (deux dioptres non plans) par trou traversant du substrat et donc seulement deux interfaces air-résine ou dioptres. Ainsi, la réalisation d'un dispositif optique, notamment un dispositif optique d'imagerie, nécessitera l'empilement d'un nombre important de modules optiques, afin d'obtenir une qualité d'image acceptable. En effet, l'amélioration de la qualité des images nécessite de multiplier le nombre de lentilles sur le trajet de la lumière, au-dessus du capteur CMOS, et de concevoir des lentilles avec des cotes de plus en plus précises. Ceci entraînera des coûts importants. Par ailleurs, il n'est même pas certain qu'un tel empilement soit possible, avec tout type de substrat.

En effet, la technologie actuelle utilise des substrats pour les modules optiques dont le coefficient d'expansion thermique est très différent de celui du silicium utilisé pour le capteur CMOS. La différence entre les coefficients d'expansion thermique entraîne des différences de dilatation qui provoquent des déformations 3o d'empilement, sous forme de craquements ou de délaminations. Elles conduisent également au non respect des cotes mécaniques. L'utilisation de matériaux de coefficients d'expansion thermique différents est donc contradictoire avec l'amélioration de la qualité optique des imageurs.

Le nombre de substrats empilés pour réaliser un dispositif optique devra donc être limité. Lorsqu'on utilise des substrats en silicium, le coefficient d'expansion thermique des différents substrats sera identique. Néanmoins, il 5 subsiste deux problèmes. D'une part, on réalise une lentille par trou. Il faut donc autant de substrats que de lentilles pour réaliser le système optique. Or, plus le nombre de substrats augmente, plus le respect des cotes mécaniques et optiques et donc la qualité d'image finale est délicate à obtenir. 10 D'autre part, comme souligné précédemment, le remplissage du trou par de la résine a pour effet d'augmenter le rapport entre la quantité de résine utilisée et la quantité de substrat. Plus ce rapport est grand, plus le module optique aura tendance à se déformer. L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients et propose, 15 à cet effet, un module optique formé d'un substrat percé d'une pluralité de trous traversants et d'éléments optiques disposés dans les trous, caractérisé en ce que, dans au moins un trou, sont disposées deux lentilles en au moins un matériau polymère transparent dans la gamme 400nm-700nm, chacune des lentilles étant définie par un dioptre extérieur tourné vers l'extérieur du 20 trou traversant et un dioptre intérieur tourné vers l'intérieur du trou traversant. La présence de quatre interfaces air-résine ou encore de quatre dioptres permet de réduire le nombre de substrats nécessaires pour réaliser un dispositif optique, à partir d'un boîtier à l'échelle d'une tranche comprenant un module optique selon l'invention. Il sera environ deux fois moins important 25 qu'avec les substrats décrits dans les documents US-7 564 496, JP-2009300596 ou JP-2009251366, qui ne comportent qu'une lentille par trou traversant. Ainsi, pour un nombre donné de lentilles dans un dispositif optique, le nombre de substrats est moins important. En conséquence, les 3o risques de contrainte mécanique diminuent et la qualité d'image du dispositif optique augmente.

Le dioptre extérieur peut présenter une forme sphérique ou encore asphérique pour améliorer la qualité optique en corrigeant des aberrations, en particulier des aberrations chromatiques ou géométriques. Par ailleurs, le dioptre intérieur est de forme plane, sphérique ou asphérique. Dans un mode particulier de réalisation, les deux lentilles disposées dans un même trou traversant présentent un indice et une constringence différents, de façon à réduire le chromatisme du dispositif optique obtenu à partir du boîtier selon l'invention.

Dans un autre mode particulier de réalisation, le dioptre extérieur d'au moins une des deux lentilles disposées dans un même trou traversant, est recouvert d'un autre dioptre. Ce dioptre peut, par exemple, être asphérique, de façon à corriger des aberrations, en particulier des aberrations chromatiques.

Il peut également être réalisé en un matériau d'indice différent de celui du matériau formant la lentille, de façon par exemple à réduire le chromatisme du dispositif optique réalisé à partir d'un boîtier comprenant un module optique selon l'invention. Dans un autre mode particulier de réalisation du module optique selon l'invention, dans au moins un trou traversant comprenant deux lentilles, l'espace compris entre les deux dioptres intérieurs des deux lentilles est rempli par un matériau transparent dans la gamme 400nm-700nm. L'indice et la constringence de ce matériau situé entre les deux dioptres intérieurs peut être différent de ceux d'au moins une des deux lentilles, de façon là encore à réduire les aberrations chromatiques ou géométriques d'un dispositif optique qui intégrerait le module optique selon l'invention. De même, le dioptre extérieur d'au moins une des deux lentilles disposées dans un même trou traversant, peut être recouvert d'un revêtement 3o anti-reflet et/ou anti-infrarouge. L'invention concerne également un boîtier à l'échelle d'une tranche comprenant au moins un module optique selon l'invention et un substrat comportant une pluralité de systèmes imageurs.

Il comporte également des espaceurs pour espacer les modules optiques les uns des autres ou encore le ou les module(s) optique(s) du système imageur. De façon préférée, le substrat dudit au moins un module optique est réalisé en un matériau opaque. Il est ainsi possible de s'affranchir du capotage optique autour de l'empilement de modules optiques dans le dispositif optique final. Dans ce cas, le matériau choisi est de préférence le silicium, c'est-à-dire dans le même matériau que le système imageur. II pourra 0 également être un matériau de type polymère à cristaux liquides intégrant des fibres de verre ou de carbone ou de type polysulfone incluant des fibres de carbone. Le pourcentage de fibres de verre ou de carbone est compris entre 10 et 35% selon le degré d'opacité et le comportement thermique recherché. Ceci comporte deux avantages. Tout d'abord, les substrats en 15 silicium ou en un des matériaux plastiques précédents évitent la pénétration de la lumière parasite qui pourrait sinon atteindre le système imageur et perturber son fonctionnement. De plus, le boîtier est alors réalisé d'un empilement de substrats réalisés en un même matériau ou en des matériaux ayant le même comportement lors d'un échauffement, que ce soit le matériau 20 constitutif des modules optiques ou du système imageur. De ce fait, chaque substrat se déforme de façon identique, ce qui améliore le comportement du boîtier, lors d'une augmentation de la température. De manière avantageuse, le boîtier comporte des vias électriques pour l'adressage électronique qui traversent les substrats en 25 silicium ou en matériau plastique. L'invention concerne également un dispositif optique comprenant une partie d'un boîtier à l'échelle d'une tranche selon l'invention, coupé selon des plans s'étendant dans une direction axiale. L'invention concerne également un procédé pour la réalisation 30 d'un module optique selon l'invention, consistant à réaliser les étapes suivantes : (a) réaliser un substrat avec une pluralité de trous traversants, (b) déposer sur les deux côtés d'au moins un trou traversant, une goutte d'un polymère, durcissable thermiquement ou par UV, et transparent dans la gamme 400nm-700nm, et (c) durcir ledit polymère thermiquement ou par UV.

De façon avantageuse, ce procédé consiste, entre les étapes (b) et (c), à mettre en forme ladite goutte de polymère par moulage. Cette étape de moulage, réalisée notamment par imprint thermique, permet d'obtenir d'autres profils que des profils sphériques. Dans un mode particulier de mise en oeuvre, le procédé a o comporte, après l'étape (c), une étape (d) consistant à déposer sur au moins une des deux lentilles formées dans un trou traversant, une autre goutte de polymère venant enrober la lentille précédemment formée et une étape (e) consistant à durcir ladite goutte de polymère thermiquement ou par UV. Cette étape (e) pourra être suivie d'une étape (f) de mise en 15 forme de cette autre goutte de polymère par moulage. Ceci permet, là encore, de réaliser un dioptre asphérique sur la lentille précédemment formée, pour corriger des aberrations, en particulier des aberrations chromatiques. Les indices et constringences des différents matériaux utilisés 20 pour réaliser les lentilles etlou les dioptres supplémentaires peuvent être différents pour réduire le chromatisme. Selon un autre mode particulier de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, avant l'étape (b), le procédé consiste à remplir au moins partiellement ledit trou traversant avec un matériau durcissable 25 thermiquement ou par UV. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un boîtier à l'échelle d'une tranche consistant à réaliser plusieurs modules optiques selon l'invention et à les empiler selon une direction axiale avec un substrat comportant une pluralité de systèmes imageurs. 30 De façon préférée, le procédé consiste également à réaliser lors de l'étape (a), des trous supplémentaires à travers tous les substrats, ces trous étant alignés axialement, le procédé consistant ensuite à remplir ces trous avec un polymère conducteur puis à durcir ce polymère, de façon à réaliser des vias électriques pour l'adressage électronique. L'invention concerne enfin un procédé de réalisation d'un dispositif optique, notamment un dispositif de caméra, consistant à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention pour la réalisation d'un boîtier à l'échelle d'une tranche et une étape complémentaire de découpage en dés selon des plans s'étendant dans une direction axiale, de façon à séparer le boîtier en des dispositifs optiques individuels. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est fait au regard des dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier exemple d'un module optique d'un boîtier à l'échelle d'une tranche selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un deuxième exemple de module optique d'un boîtier selon l'invention, la figure 3 est une vue transversale en coupe d'un troisième exemple d'un module optique d'un boitier selon l'invention, les figures 4a et 4b sont des vues en coupe transversale montrant une étape intermédiaire de réalisation, d'une part, du module optique illustré à la figure 3 et d'autre part, d'une variante de ce module optique, - la figure 5 est une vue transversale en coupe, selon un plan de découpe, d'un dispositif optique selon l'invention. Les éléments communs aux différentes figures seront désignés 25 par les mêmes références. La figure 1 illustre un module optique 10 comprenant un substrat 1, dans lequel ont été réalisés, dans cet exemple, deux trous traversants 2. Ce substrat sera, de préférence, réalisé en silicium ou en un 3o matériau plastique de type polysulfone ou polymère à cristaux liquides, chargé en fibres de carbone ou de verre. L'épaisseur du substrat sera comprise entre environ 100 pm et quelques millimètres, par exemple environ 725 pm.

Lorsque le substrat est en silicium, les trous traversants seront réalisés par gravure profonde, par exemple par une technique de type DRIE (Deep Reactive Ion Etching), technique actuellement pour la réalisation des vias électriques à travers des substrats en silicium.

Lorsque le substrat est en une matière différente, d'autres procédés seront utilisés. Ainsi, lorsque le substrat est réalisé en un matériau plastique moulé, les trous traversants sont de préférence obtenus par moulage. Ainsi, le substrat peut également être réalisé en des matériaux opaques que l'on peut graver ou mouler. II peut s'agir de métaux comme le tungstène, le fer, le cuivre, le molybdène ou l'aluminium ou encore des matériaux polymères tels que des PDMS (polydiméthylsiloxane) ou des polymides. L'utilisation du silicium est intéressante car elle évite les contraintes liées à une éventuelle différence entre le coefficient d'expansion thermique du substrat des modules optiques et celui du système imageur. Bien entendu, on réalise généralement dans un substrat un nombre de trous bien supérieur à deux. Ainsi, plus de mille trous traversants sont réalisés sur un substrat dont le diamètre est de 200 millimètres.

Le diamètre des trous traversants sera compris entre environ 100 pm et quelques millimètres, par exemple 700 pm. Par ailleurs, le pas 20 entre deux trous consécutifs est fonction du diamètre des trous et de la distance 21 entre le bord du trou et le bord du substrat, après singulation. Ce pas est généralement compris entre environ 500 pm et quelques millimètres, typiquement 5 mm. Ce procédé conduit généralement à la formation d'irrégularités sur les parois 22 des trous traversants. Ces irrégularités peuvent être avantageusement utilisées dans le cadre du procédé de réalisation selon l'invention, comme cela sera expliqué ultérieurement. 3o A chaque extrémité d'au moins un trou traversant 2, est formée une lentille 3, 4, délimitée chacune par un dioptre extérieur 30, 40 et un dioptre intérieur 31, 41.

Dans l'exemple illustré à la figure 1, chaque trou 2 comporte deux lentilles mais l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation. Ainsi, certains trous du substrat pourraient ne comporter qu'une seule lentille. De plus, dans l'exemple illustré à la figure 1, le dioptre extérieur 30, 40 de chaque lentille est légèrement en saillie par rapport au substrat 1. L'invention n'est cependant pas limitée à ce mode de réalisation et le dioptre extérieur pourrait être situé à l'intérieur du trou. Les dioptres intérieurs 31, 41 sont disposés en vis-à-vis dans le trou 2, un espace restant libre entre les deux dioptres intérieurs. l0 Chacune de ces lentilles est obtenue par le dépôt, d'un côté du trou traversant, d'une goutte d'un polymère durcissable thermiquement, par exemple un polycarbonate, ou par UV. Bien entendu, ce matériau est transparent sur la gamme visible 400nm-700nm. Le dioptre extérieur 30, 40 de chaque lentille présente une forme 15 sensiblement sphérique. On constate que la forme obtenue peut être maîtrisée avec une erreur de l'ordre de 50nm par rapport à une sphère parfaite. Le polymère est ensuite durci par chauffage ou par insolation UV. 20 La hauteur de la lentille, prise selon la direction du trou traversant, est généralement comprise entre 10 et 400 pm. Pour assurer un bon maintien de chacune des lentilles dans le substrat 1, il convient que la surface de contact entre le polymère constituant les lentilles et le substrat soit importante. Elle doit être typiquement au moins 25 égale à l'ouverture dans le substrat. Celle-ci est déterminée lors de la conception du système d'imagerie. Elle dépend de la quantité de lumière qui doit arriver sur le capteur, de la position de la lentille par rapport au capteur, de sa fonction (lentille de champ ou d'ouverture, etc....) et de la forme que doit avoir le dioptre. 30 Les matériaux polymères utilisés pour réaliser les lentilles 3 et 4 peuvent présenter un indice différent. ils peuvent présenter une contringence, c'est-à-dire une variation de l'indice avec la longueur d'onde sur la gamme 400nm-700nm, qui est également différente. 2963114 Il Les matériaux polymères typiquement utilisés sont le PMMA (polyméthacrylate de méthyle) ou le PC (polycarbonate). Pour fe PMMA, l'indice est n = 1.491 et la constringence est c = 57.44. 5 Pour le PC, l'indice est n = 1.585470 et la constringence est c = 29,909185. On peut également citer des polymères polyuréthane dont l'indice est n = 1,54 et la constringence est c = 30. La correction du chromatisme se fait par l'utilisation de deux matériaux de nature différente. Le premier sera peu dispersif (faible constringence), le deuxième sera très dispersif. L'utilisation de deux matériaux d'indices différents permet de corriger le chromatisme. Par ailleurs, avant la polymérisation, un moule peut être mis en place pour mettre en forme les gouttes de polymère.

Ce moule est généralement commun à tout le substrat et il est maintenu en place pendant toute la durée de la polymérisation. L'utilisation d'un tel moule permet de réaliser des dioptres extérieurs asphériques, de façon à corriger certaines aberrations chromatiques ou géométriques. Le profil du moule est, de façon générale, défini en fonction de la distance à l'axe optique par une équation dont les paramètres sont le rayon de courbure, la conicité et les coefficients d'asphérisation. En fonction du profil choisi, on peut réaliser par exemple une lentille d'ouverture (forte conicité, faible asphérisation) ou une lentille de champ (faible conicité, forte asphérisation).

Par ailleurs, les dioptres intérieurs 31, 41 peuvent être plans ou sphériques. Cette forme est déterminante dans la qualité optique du système d'imagerie final. De façon générale, la forme du dioptre intérieur dépend largement de la forme du moule utilisé, de la forme du substrat percé et de la 30 quantité de matériau utilisée pour réaliser la lentille. Ainsi, pour un couple « moule/substrat percé » présentant un volume donné de réception de la résine, si le volume de résine est égal au volume de réception, alors le dioptre intérieur est plan (ou de très grand rayon de courbure). Si le volume de résine est très supérieur au volume de réception, alors le dioptre intérieur est courbé (ou de très petit rayon de courbure). D'autres paramètres entrent en ligne de compte dans la réalisation de ces dioptres intérieurs, notamment : la mouillabilité du polymère, la conservation du volume, la taille et fa forme de l'ouverture dans le substrat considéré (en silicium ou en plastique). Enfin, les dioptres extérieurs 30, 31 peuvent être recouverts d'un revêtement anti-reflet et/ou anti-infrarouge. Dans le cas de la réalisation d'un revêtement anti-reflet, il peut s'agir d'un empilement bicouche SiO2 I TiO2 ou un empilement 4-couches SiO2 1 TiO2 1 SiO2 I TiO2, l'épaisseur de chaque couche étant de quelques dizaines de nanomètres. Le dépôt de chacune de ces couches peut se faire par MOCVD 15 (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition : dépôt chimique en phase vapeur à partir d'organo-métalliques), ou CVD (Chemical Vapor Deposition : dépôt chimique en phase vapeur), en fonction de la nature de la couche considérée. Dans ce mode de réalisation, la quantité de résine utilisée est considérablement réduite par rapport à celle requise dans l'état de la 20 technique. Ainsi, les risques de contraintes mécaniques liées à l'utilisation de matériaux présentant des coefficients d'expansion thermique différents sont également réduits. La figure 2 illustre un module optique 11 similaire à celui décrit en référence à la figure 1, comportant deux lentilles 3, 4 dans chaque trou 25 traversant 2 du substrat 1. Dans le mode réalisation illustré à la figure 2, un autre dioptre 32, 42 est présent sur le dioptre extérieur 30, 40 de chaque lentille. Cet autre dioptre est obtenu par le dépôt, sur le dioptre extérieur 30, 40, d'une goutte ou noisette de polymère qui vient enrober la lentille 30 précédemment formée. Ce polymère est également transparent sur la gamme visible 400nm-700nm et il est durcissable thermiquement ou par UV.

Comme expliqué précédemment au regard de la figure 1, un moule peut être utilisé pour mettre en forme les gouttes de polymère, afin d'obtenir un dioptre 32, 42 non nécessairement sphérique. Par ailleurs, les matériaux utilisés pour réaliser les dioptres 32, 42 peuvent présenter un indice différent du matériau utilisé pour réaliser les lentilles 3, 4, de façon à réduire, voire annuler le chromatisme du dispositif optique utilisant ce module optique. Ainsi, comme expliqué précédemment, le matériau utilisé pour la lentille 3 pourra être peu dispersif, tandis que celui utilisé pour le dioptre 32 sera très dispersif.

La figure 3 illustre encore un autre mode de réalisation, dans lequel le trou traversant est rempli d'un matériau polymère 20, avant la formation de la ou des lentille(s) 3 et 4, sur un côté du trou traversant 2. Ce polymère de remplissage est nécessaire pour des trous 2 dont le diamètre est supérieur à 1,5 mm. il permet alors d'assurer la tenue mécanique des lentilles qui seront ensuite formées par dépôt d'une goutte de polymère. Il peut par ailleurs être optiquement utile quel que soit le diamètre du trou. Les matériaux utilisés sont également des matériaux polymères polymérisables par UV ou thermodurcissables. La température de durcissage varie en fonction du polymère choisi. Elle est généralement située entre 80°C et plusieurs centaines de degrés, typiquement 300°C. Le matériau choisi présente de bonnes propriétés optiques, c'est-à-dire assurant une transmission supérieure à 90% sur la gamme visible 400nm-700nm, avec un indice et une constringence maîtrisés. Le matériau choisi est, de préférence, plus souple que le substrat 2, une fois durci, afin de permettre un bon contact au niveau de l'interface avec le substrat et ainsi conserver une cohésion importante avec le substrat, en particulier lors des montées en température.

A titre d'exemple, ce matériau polymère pourra être une résine hybride ou un matériau sol gel acrylate, un PDMS (Polydiméthylsiloxane), une résine polyester saturée, une résine époxyde, ou polymide ou phénolyque, ou encore un caoutchouc vulcanisé.

Si le substrat 2 est réalisé en silicium, le matériau polymère présentera, de préférence, un coefficient d'expansion thermique proche de celui du silicium, c'est-à-dire d'environ 3.10`61C° à 20°C. Ainsi, le risque de dissociation entre le substrat 2 et le bouchon 20 de polymère sera réduit, lors 5 d'une montée en température. Les polymides, par exemple, ont cette propriété. Il en est de même pour un polymère à cristaux liquides, le polysulfone ou le polyethersulfone chargés à 30% en fibres de carbone. La figure 3 montre que des espaces 21 sont laissés libres entre le bouchon 20 et le substrat 2. Ils peuvent notamment correspondre aux irrégularités présentes sur la paroi des trous traversants. Ce mode de réalisation est intéressant lorsque les coefficients d'expansion thermique du bouchon et du substrat sont différents. En effet, dans ce cas, lors d'une montée en température, les 15 volumes occupés par chaque matériau vont varier différemment. Le fait de prévoir un petit espace entre ces matériaux donne la possibilité à chacun de s'expanser différemment, sans risque de brisure, de casse ou de forte contrainte mécanique. De préférence, le matériau polymère présente de bonnes 20 caractéristiques rhéologiques de façon à limiter le risque de formation de bulles à l'intérieur du bouchon 20. Par ailleurs, la viscosité du matériau doit être suffisamment faible pour que le matériau épouse bien les formes du trou traversant et suffisamment importante pour que le matériau ne coule pas à l'extérieur du 25 trou traversant, avant la polymérisation. Ainsi, la viscosité du matériau sera, de préférence, comprise entre 10 000 cp et 100 cp. Si le substrat mouille correctement, on choisira une résine de faible viscosité. Et inversement, si le substrat mouille peu, alors on choisira une résine de forte viscosité. 30 Le remplissage du trou traversant par le matériau polymère peut être par exemple réalisé par une technique par jet d'encre ou par sérigraphie. Dans la technique par jet d'encre, une ou plusieurs buses placées sur un bras robotisé apporte(nt) le polymère dans chaque trou traversant. Le dépôt du polymère peut être réalisé pour plusieurs trous traversants simultanément et notamment pour l'ensemble des trous traversants situés sur une même ligne du substrat 2. Pour la sérigraphie, on utilise un masque souple, c'est-à-dire par s exemple une feuille métallique souple dont l'épaisseur est faible, typiquement autour de 100 pm et percée de trous. L'agencement des trous correspond à l'agencement des trous que l'on aura réalisés sur le substrat de façon à ce que les trous du masque souple se superposent aux trous du substrat. 10 On dispose ensuite grossièrement une quantité donnée de polymère sur la périphérie du masque et on l'étale ensuite avec un moyen approprié, comme un racloir, sur toute la surface du substrat. Grâce à cet étalement, le polymère remplit les trous traversants. Avec cette technique, tous les trous traversants peuvent être 15 remplis de polymère simultanément. Quelle que soit la méthode utilisée pour remplir les trous traversants, le substrat pourra être placé sur une table aspirante dont la surface pourra être préalablement traitée pour obtenir un revêtement partiellement ou totalement hydrophile ou hydrophobe. 20 L'utilisation de cette table aspirante, éventuellement traitée, permet d'éviter que le polymère déposé dans le trou traversant ne coule sous le substrat ou encore ne s'attache à la table après polymérisation. Lorsque le remplissage du trou traversant est partiel, il convient d'éviter tout flambage, pouvant survenir avant ou après durcissement du 25 polymère. En pratique, le flambage peut être évité en s'assurant que le matériau formant le bouchon a un coefficient d'expansion thermique proche du substrat, en mettant une faible quantité de matériau dont le coefficient d'expansion thermique est différent de celui du substrat, ou encore en 3o déposant le polymère de chaque côté du trou traversant de façon à équilibrer les contraintes. La figure 4a montre le module optique 12 avant la réalisation des lentilles 5 et 6.

La figure 4b illustre un substrat 1, dans lequel des trous traversants de forme tronconique et non cylindrique ont été réalisés. Cette forme particulière des trous traversants permet, d'une part, de faciliter le remplissage du trou traversant et d'autre part, d'améliorer la tenue mécanique du bouchon obtenu. L'amélioration de la tenue mécanique est due à deux raisons : d'une part, le trou dans lequel on vient insérer le bouchon étant conique, le bouchon ne peut sortir plus que par un seul côté ; d'autre part, les parois du trou étant inclinées, la surface de contact entre le substrat et le bouchon est plus grande. L'espace entre le bouchon et les parois n'est, de préférence, pas comblé pour les raisons évoquées précédemment. De façon générale, il convient de bien maîtriser l'angle de mouillage du polymère sur le bord de la paroi du trou traversant, ce qui impose de réaliser des trous avec des bords présentant une topologie bien maîtrisée, c'est-à-dire une forme bien circulaire. Dans le cas contraire, il convient que les matériaux constituant les deux lentilles ainsi que le bouchon présentent un indice et une constringence identiques.

Le remplissage des trous traversants par le matériau polymère peut conduire à la création d'inclusions d'air dans le bouchon de polymère obtenu. Ceci peut affecter les qualités optiques du module optique obtenu. C'est pourquoi le remplissage peut être réalisé sous vide, de façon à éviter ces inclusions d'air.

Dans certains cas, la présence de bulles d'air peut être utilisée pour permettre au matériau polymère de se dilater, en cas de montée en température, sans apporter de contrainte au substrat 2. Dans ce cas, le procédé de remplissage sera mis en oeuvre de façon à piéger ces bulles d'air dans les rugosités ou irrégularités, issues de la gravure du substrat.

En pratique, il convient de choisir judicieusement les caractéristiques du polymère et la vitesse de remplissage.

Enfin, le remplissage des trous traversants pourra être facilité par l'utilisation d'un catalyseur chimique de la surface du trou, permettant d'accroitre la mouillabilité du polymère sur le substrat. Une fois que les bouchons 20 sont réalisés, des lentilles 5, 6 5 peuvent être réalisées à chaque extrémité d'un trou traversant 2, une seule lentille pouvant être réalisée dans certains trous. Le procédé décrit en référence à la figure 1 peut être bien sûr mis en oeuvre. La figure 3 montre que, du côté de la lentille 6, le bouchon 20 10 affleure la surface du substrat 1. Dans ce cas, le procédé de remplissage doit être mis en oeuvre de telle sorte que le polymère ne crée pas de bourrelets sur la face extérieure du substrat, en périphérie du trou traversant. En effet, si la réalisation de la lentille 6 nécessite l'utilisation d'un 15 moule, ces bourrelets pourraient empêcher le moule de venir en contact avec la surface extérieure du substrat 1. Il ne permettrait alors pas d'obtenir la forme souhaitée pour la lentille 6. En pratique, l'épaisseur du polymère présent sur la surface du substrat 1 sera au plus de l'ordre de quelques centaines de microns, lorsqu'un 20 moule doit être utilisé pour réaliser la lentille 6. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 3, les indices des matériaux constituant d'une part, le bouchon 20 et d'autre part, les lentilles 5 et 6, peuvent être différents. De plus, les indices de ces matériaux peuvent avoir des constringences différentes. 25 A titre d'exemple, le matériau de la lentille 5 peut présenter un indice n1 d'environ 1,5 et une constringence cl d'environ 60, tandis que la seconde lentille 6 présentera un indice n2 d'environ 1,7 et une constringence c2 d'environ 30. Par ailleurs, le matériau constituant le bouchon pourra présenter 3o le même indice et la même constringence que la lentille 5 ou la lentille 6. Ceci permet de réaliser un doublet achromatique qui permet de corriger l'aberration chromatique.

Le matériau formant le bouchon pourra également présenter un indice et une constringence différents de ceux des lentilles 5 et 6 de façon à optimiser la qualité d'image du système d'imagerie final. Ce mode de réalisation permet de réduire non seulement des aberrations chromatiques mais également des aberrations géométriques (triplet de cooke par exemple). Ce mode de réalisation peut être intéressant lorsque le module optique est destiné à un système d'imagerie à haute résolution comprenant un nombre faible de modules optiques. De façon générale, le coefficient d'expansion thermique de a 0 chacun des matériaux est choisi de façon à minimiser les contraintes sur le substrat, en particulier lors de montées en température. Ainsi, il sera choisi sensiblement égal, voire légèrement supérieur, au coefficient d'expansion thermique du substrat. II sera typiquement d'environ 3.10-61°C, lorsque le substrat est en silicium. 15 Enfin, d'autres dioptres pourront être réalisés sur les lentilles 5 et 6, comme cela a été expliqué au regard de la figure 2. Il convient de noter que, dans tous les modes de réalisation, l'invention permet d'obtenir deux lentilles par trou traversant pour tout ou partie des trous du substrat, ce qui peut correspondre à quatre dioptres non 20 plans par trou. Il est maintenant fait référence à la figure 5 qui illustre, selon un plan de découpe, un dispositif optique selon l'invention. Ce dispositif optique est composé de trois moyens optiques 71 à 73, qui sont écartés les uns des autres au moyen des espaceurs 70. Chacun 25 de ces moyens optiques comprend un trou traversant dans lequel une lentille (moyens 71) ou deux lentilles (moyens 72, 73) ont été formées. A cet empilement de moyens optiques est associé un capteur CMOS 8 qui est également écarté de l'empilement de moyens optiques par un espaceur 70. 30 Dans la mesure où les substrats du capteur CMOS et des moyens optiques sont opaques, le dispositif optique ne comporte pas de capotage optique autour de l'empilement.

De plus, lorsque le substrat des moyens optiques est en silicium, comme celui du capteur CMOS, l'empilement présente un bon comportement lors des montées en température. En effet, tous les substrats se déforment alors de façon identique. La référence 80 désigne une vitre de protection, la référence 81 un filtre infrarouge et la référence 82 un capotage optique. Ce dernier est nécessaire pour éviter que la lumière infra-rouge et les ondes électromagnétiques ne traversent le capteur CMOS et ne dégradent le rapport signal/bruit de l'image. Ce dispositif optique est obtenu par découpe d'un boîtier selon l'invention formé d'un empilement de modules optiques selon l'invention et d'un substrat comportant une pluralité de capteurs CMOS 8. Cet empilement est réalisé selon l'axe XX' et les plans de découpe du boîtier s'étendent également selon ce même axe XX'. Chaque moyen optique est donc une partie d'un module optique du boîtier. La figure 5 montre que le dispositif optique comporte des vias 9 pour l'adressage électronique. Pour réaliser ces vias électriques, d'autres trous traversants sont 20 réalisés dans chacun des substrats 1 des modules optiques, en périphérie des substrats, lors de la formation des trous traversants 2. Le même procédé peut être mis en oeuvre pour réaliser l'ensemble des trous traversants. Lorsque le substrat est du silicium, l'ensemble des trous est réalisé par une technique de type DRIE.

25 Avec un substrat réalisé en plastique, les trous sont obtenus directement lors du moulage du substrat. Le diamètre de ces autres trous est par exemple d'environ 100 pm. Ces trous sont ensuite remplis par un polymère conducteur, le 30 remplissage intervenant au niveau de chaque substrat. Ce remplissage est, de préférence, réalisé sous vide, pour éviter de créer des inclusions de bulles d'air.

10 15 5 Le polymère est ensuite durci par chauffage ou par polymérisation UV. A titre d'exemple, le polymère peut être du type polyacétylëne, polyaniline, pofypyrrole ou polythyophène. Les signes de référence figurant dans les revendications ont pour seul but de faciliter leur compréhension et ne sauraient en limiter la portée.

Claims

REVENDICATIONS1. Module optique (10, 11, 12) formé d'un substrat percé d'une pluralité de trous traversants et d'éléments optiques disposés dans les trous, caractérisé en ce que, dans au moins un trou (2), sont disposées deux lentilles (3, 4 ; 5, 6) en au moins un matériau polymère, transparent dans la gamme 400nm-700nm, chacune des lentilles étant définie par un dioptre extérieur (30, 40 ; 50, 60) et un dioptre intérieur (31, 41 ; 51, 61).
2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dioptre extérieur (30, 40 ; 50, 60) peut présenter une forme sphérique ou asphérique.
3. Module selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le dioptre intérieur (31, 41, 61) est de forme plane, sphérique ou asphérique.
4. Module selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux lentilles (3, 4 ; 5, 6) disposées dans un même trou traversant (2) présentent un indice et une constringence différents. 20
5. Module selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dioptre extérieur (30, 40) d'au moins une des deux lentilles (3, 4) disposées dans un même trou traversant, est recouvert d'un autre dioptre (32, 42).
6. Module selon la revendication 5, caractérisé en ce que cet autre dioptre 25 est asphérique.
7. Module selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que cet autre dioptre est réalisé en un matériau d'indice différent du matériau formant la lentille.
8. Module selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, dans au moins un trou traversant (2) comprenant deux lentilles (5, 6), l'espace compris entre les deux dioptres intérieur (51, 61) des deux lentilles (5, 6) est rempli par un matériau (20), transparent dans la gamme 400nm-700nm. 30 35
9. Module selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'indice et la constringence de ce matériau (20) situé entre les deux dioptres intérieurs sont différents de ceux d'au moins une des deux lentilles (5, 6).
10. Module selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le dioptre extérieur d'au moins une des deux lentilles disposées dans un même trou traversant, est recouvert d'un revêtement anti-reflet etlou anti-infrarouge.
11. Boîtier à l'échelle d'une tranche comprenant au moins un module 10 optique (10, 11,
12) selon l'une des revendications 1 à 10, et un substrat comportant une pluralité de systèmes imageurs. 12. Boîtier selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend également des espaceurs (70) pour espacer les modules optiques (7) les uns 15 des autres ou encore le ou les module(s) optique(s) du système imageur (8).
13. Boîtier selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit substrat dudit au moins un module optique (7) est réalisé en un matériau opaque.
14. Boîtier selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend des vias électriques (9) pour l'adressage électronique qui traversent les substrats. 25
15. Dispositif optique comprenant une partie d'un boîtier à l'échelle d'une tranche selon l'une des revendications 11 à 14, coupé selon des plans s'étendant dans une direction axiale (XX').
16. Procédé pour la réalisation d'un module optique selon l'une des 3o revendications 1 à 10, consistant à réaliser les étapes suivantes : (a) réaliser dans un substrat (1) avec une pluralité de trous traversants (2), (b) déposer sur les deux côtés d'au moins un trou traversant (2), une goutte d'un polymère, durcissable thermiquement ou par UV et transparent dans la gamme 400nm-700nm, et 35 (c) durcir ledit polymère thermiquement ou par UV. 20
17. Procédé selon la revendication 16, consistant, entre les étapes (b) et (c), à mettre en forme ladite goutte de polymère par moulage.
18. Procédé selon la revendication 16 ou 17, comportant, après l'étape (c), une étape (d) consistant à déposer sur au moins une des deux lentilles (3, 4) formées dans un trou traversant (2), une autre goutte de polymère venant enrober la lentille précédemment formée et une étape (e) consistant à durcir ladite goutte de polymère, thermiquement ou par UV. l0
19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel, cette étape (e) est suivie d'une étape (f) de mise en forme de cette autre goutte de polymère par moulage.
20. Procédé selon l'une des revendications 16 à 19, dans lequel les indices 15 et constringences des différents matériaux utilisés pour réaliser les lentilles (3, 4) et/ou les dioptres supplémentaires (32, 42), sont différents.
21. Procédé selon l'une des revendications 16 à 20, dans lequel, avant l'étape (b), le procédé consiste à remplir au moins partiellement ledit trou 20 traversant (2) avec un matériau durcissable thermiquement ou par UV.
22. Procédé pour la réalisation d'un boîtier selon l'une des revendications 11 à 14, consistant à réaliser plusieurs modules optiques (7) conformément à l'une des revendications 16 à 21 et à les empiler selon une direction axiale 25 (XX'), avec un substrat comportant une pluralité de systèmes imageurs (8).
23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel, lors de l'étape (a), des trous supplémentaires sont réalisés à travers tous les substrats, ces trous étant alignés axialement, le procédé consistant à remplir ces trous avec un 30 polymère conducteur puis à durcir ce polymère, de façon à réaliser des vias électriques (9) pour l'adressage électronique.
24. Procédé de réalisation d'un dispositif optique, notamment un dispositif de caméra, consistant à mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 22 35 ou 23 et une étape complémentaire de découpage en dés selon des planss'étendant dans une direction axiale, de façon à séparer le boîtier en des dispositifs optiques individuels.5