Elle trouve en particulier des applications dans le domaine de l'optique, par exemple pour aligner de façon passive des plaques portant des composants optiques.

L'invention s'applique aussi au domaine des MEMS ou systèmes micro-électro-mécaniques ( « micro- electro-mechanical systems »).

Plus généralement, l'invention trouve des applications dans tous les domaines où il est nécessaire de réaliser un alignement précis de supports, par exemple en forme de plaque.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE On connait déjà des techniques permettant d'aligner et d'assembler deux plaques l'une par rapport à l'autre, avec une bonne précision et sans support d'alignement commun.

On connaît en particulier des techniques actives selon lesquelles on forme des repères optiques sur les deux plaques, on aligne optiquement ou électriquement les deux plaques et l'on assemble ces dernières, en les maintenant dans la position

d'alignement fixée (par collage, soudure ou maintien mécanique).

On connaît aussi des techniques passives selon lesquelles on forme des éléments sur les plaques, ces éléments permettant un auto-alignement puis une fixation des deux plaques ; il s'agit par exemple de la technique de retournement de puce ( « flip-chip ») dans laquelle l'auto-alignement des plaques. a lieu grâce aux propriétés d'auto-alignement de billes de brasure ( « solder balls ») portées à l'état fondu.

Indiquons dès maintenant que l'invention fait partie des techniques d'alignement passif et permet un alignement puis une fixation de deux pièces sensiblement planes sans que l'on ait besoin d'un alignement optique lors de l'assemblage des deux pièces.

On connaît déjà une technique d'alignement passif de deux composants par le document suivant : [1] Passive alignment member for vertical surface emitting/detecting devices, W099/44088, The Whitaker Corporation.

On connaît aussi d'autres techniques permettant des alignements optiques, par les documents suivants : [2] Self-aligning support structure for optical components, US 4079404, L. D. Comerford et al.

[3] Microjoinery : concepts, definition, and application to microsystem development, Sensors and actuators A 66 (1998) pp. 315-332.

Il est souhaitable de pouvoir fixer mécaniquement deux supports (par exemple deux plaques) l'un à l'autre, de telle manière que ces deux supports (a) soient parfaitement alignés l'un par rapport à l'autre après fixation (par rapport à des repères spatiaux formés sur chacun des supports avant l'assemblage de ceux-ci) et (b) puissent aussi faire un angle entre eux.

Ce problème est partiellement résolu par la technique exposée dans le document [1]. Cette technique permet d'aligner deux composants l'un par rapport à l'autre, suivant deux directions perpendiculaires X et Y, mais ne permet pas de les aligner suivant une troisième direction Z, perpendiculaire aux directions X et Y, sans utilisation d'espaceurs ( « spacers ») ou d'autres moyens annexes pour maîtriser l'espacement des composants.

EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents.

L'invention vise à aligner de façon précise et passive au moins deux supports, en particulier deux plaques qui portent des composants optiques tels que, par exemple, une ou plusieurs fibres optiques ou un ou plusieurs émetteurs et/ou récepteurs de lumière.

L'invention permet d'assembler avec précision ces deux supports, suivant trois axes X, Y et Z perpendiculaires les uns aux autres, et de maîtriser l'angle que font entre eux ces deux supports.

De façon précise, la présente invention a pour objet un procédé d'alignement passif d'au moins un premier support et d'au moins un deuxième support, ce procédé étant caractérisé en ce que : -on forme au moins trois premiers trous dans le premier support à partir d'une première face de ce premier support, -on forme au moins trois deuxièmes trous dans le deuxième support à partir d'une première face de ce deuxième support, ces deuxièmes trous étant aptes à se trouver en regard des premiers trous lorsque les premières faces des premier et deuxième supports sont placées en regard l'une de l'autre, -on place des billes respectivement sur les premiers trous, la taille de chaque bille étant supérieure à la taille du premier''trou correspondant à cette bille et à la taille du deuxième trou correspondant à ce premier trou, et -on assemble les premier et deuxième supports en plaçant les deuxièmes trous sur les billes qui se trouvent sur les premiers trous correspondant respectivement à ces deuxième trous, et en ce que l'on choisit les tailles des premiers et deuxièmes trous et/ou les tailles des billes pour obtenir un angle prédéfini, non nul, entre les premières faces respectives des premier et deuxième supports assemblés.

Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé objet de l'invention, on fixe en outre le premier support au deuxième support.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le premier support est fixé au deuxième support par une technique choisie parmi le collage par enrobage, le pré-dépôt d'une colle sur le premier support avant l'assemblage des premier et deuxième supports, le collage localisé, par encollage des billes avant cet assemblage, et la fixation par un moyen mécanique de fixation.

Pour favoriser l'assemblage des premier et deuxième supports avant de fixer ceux-ci l'un à l'autre, il est possible de faire vibrer cet assemblage.

De préférence, les premiers et deuxièmes trous n'ont pas tous le mme taille.

Dans un exemple de l'invention, les trois premiers trous (et, bien sûr, les trois deuxièmes trous correspondants) sont sensiblement placés aux sommets d'un triangle isocèle, deux de ces trois premiers trous ayant sensiblement la mme taille et délimitant la base de ce triangle isocèle tandis que le troisième trou a une taille inférieure.

Selon un mode de mise en oeuvre particulier de l'invention, on utilise N premiers supports et N deuxièmes supports respectivement associés aux N premiers supports, N étant un nombre entier supérieur à 1, on enrobe d'une colle polymérisable chacun des N assemblages de premier et deuxième supports associés et l'on réticule simultanément la colle des N assemblages.

On choisit par exemple les matériaux dont sont faits les premier et deuxième supports parmi le silicium, le quartz, le verre et les métaux.

Les billes sont, quant à elles, par exemple en corindon ou en acier inoxydable ou en un matériau fusible.

La présente invention a également pour objet un dispositif d'alignement passif d'au moins un premier support et d'au moins un deuxième support, ce dispositif étant caractérisé en ce que le premier support comprend au moins trois premiers trous formés à partir d'une première face de ce premier support et le deuxième support comprend au moins trois deuxièmes trous formés à partir d'une première face de ce deuxième support, ces deuxièmes trous étant aptes à se trouver en regard des premiers trous lorsque les premières faces des premier et deuxième supports sont placées en regard l'une de l'autre, les premiers trous étant destinés à recevoir des billes permettant l'assemblage des premier et deuxième supports en plaçant les deuxièmes trous sur les billes qui se trouvent sur les premiers trous correspondant respectivement à ces deuxième trous, la taille de chaque bille étant supérieure à la taille du premier trou correspondant à cette bille et à la taille du deuxième trou correspondant à ce premier trou, et les tailles des premiers et deuxièmes trous et/ou les tailles des billes étant choisies pour obtenir un angle prédéfini, non nul, entre les premières faces des premier et deuxième supports assemblés.

Selon un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, le premier support comporte au moins un premier composant optique et le deuxième support comporte au moins un deuxième

composant optique apte à se trouver en regard du premier composant optique lorsque les deuxièmes trous se trouvent en regard des premiers trous, le dispositif permettant ainsi l'alignement passif du premier composant optique et du deuxième composant optique.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés ci-après, à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : "la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention, 'la figure 2 illustre schématiquement un mode de mise en oeuvre particulier du procédé objet de l'invention, 'la figure 3 est une vue schématique d'une bille que l'on place dans un trou formé dans un support pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention, 'la figure 4 est une vue de dessus schématique d'un support pourvu de trois trous, pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention, 'la figure 5 est une vue de dessus schématique d'un autre support pourvu de plus de trois trous, pour la mise en oeuvre d'un autre procédé conforme à l'invention, et 'la figure 6 est une vue en coupe schématique d'un autre mode de réalisation particulier du dispositif

objet de l'invention, permettant l'alignement d'une ou d'une pluralité de fibres optiques et d'un ou d'une pluralité d'émetteurs ou de détecteurs de lumière.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'exemple du dispositif objet de l'invention, qui est schématiquement représenté en coupe sur la figure 1, comprend un premier support 2, en forme de plaque, comportant trois trous borgnes non alignés, formés à partir d'une face 4 de cette plaque.

Sur la figure 1, on ne voit que deux de ces trous ; ils ont les références 6 et 7. Le troisième d'entre eux se trouve derrière le trou 6, dans la partie gauche de la figure 1.

Le dispositif de la figure 1 comprend aussi un deuxième support 8, en forme de plaque, qui est également pourvu de trois trous borgnes non alignés, formés à partir d'une face 10 de ce deuxième support.

Seuls deux de ces trous, ayant pour références 11 et 12, sont visibles. Le troisième d'entre eux se trouve derrière le trou 11, dans la partie gauche de la figure 1.

Une plaque du genre des plaques 2 et 8 est représentée en vue de dessus sur la figure 4 qui sera décrite ultérieurement.

Les trous des deux supports sont formés de façon que ceux du support 8 se trouvent respectivement en correspondance avec ceux du support 2 lorsque les faces 4 et 10 des supports sont en regard l'une de l'autre.

Le dispositif de la figure 1 comprend aussi trois billes d'alignement, plus simplement appelées « billes » dans la suite. Elles sont respectivement associées aux trous dont sont pourvus les supports. On voit seulement deux de ces billes 14 et 16 sur la figure 1, la bille 14 étant associée aux trous 6 et 11 tandis que la bille 16 est associée aux trous 7 et 12.

Chaque bille est placée sur le trou de la plaque 2 qui lui correspond et la plaque 8 est placée au-dessus de la plaque 2 de façon que chaque trou de cette plaque 8 se trouve sur la bille correspondant à ce trou.

Le diamètre de chaque bille est supérieur aux diamètres des deux trous des plaques 2 et 8 correspondant à cette bille, les diamètres de ces trous étant égaux dans l'exemple de la figure 1.

On voit aussi sur la figure 1 un composant optique 18 qui est formé sur la plaque 2 et un autre composant optique 20 qui est formé sur la plaque 8 et sensiblement aligné avec le composant 18, les trous et les billes coopérant pour que l'on obtienne cet alignement lors de l'assemblage des plaques.

Dans l'exemple de la figure 1, le composant 18 est un émetteur de lumière et le composant 20 est un détecteur de lumière ; le composant 18 est formé au niveau de la face 4 de la plaque 2 tandis que le composant 20 est formé au niveau de la face supérieure 22 de la plaque 8, face qui est opposée à la face 10 de cette plaque 8 ; cette dernière est faite d'un matériau transparent à la lumière émise par le composant 18 pour que cette lumière puisse atteindre le détecteur 20.

La plaque 2 est rendue solidaire de la plaque 8 grâce à une couche de colle 23.

Dans l'exemple de la figure 1, on utilise une colle transparente à la lumière émise par le composant 18 de façon que cette lumière puisse traverser la partie de la colle comprise entre les deux plaques.

On précise que le diamètre de la bille 16 est supérieur aux diamètres des deux autres billes, qui sont identiques dans 1'exemple de la figure 1. On obtient ainsi un angle a non nul entre les plaques 2 et 8.

Plus généralement, il est possible d'obtenir un angle de valeur prédéfinie, non nulle, entre les plaques 2 et 8, en choisissant des valeurs appropriées pour les diamètres des billes ou les diamètres des trous ou à la fois les diamètres des billes et des trous.

Il convient de noter que l'on obtient un angle nul entre les plaques en utilisant des trous identiques et des billes identiques (de diamètre supérieur à celui des trous).

On explique maintenant l'alignement passif des plaques 2 et 8.

On commence par déposer les billes sur les trous correspondants de la plaque 2. Chaque bille se cale par gravité dans le trou qui lui correspond. On aligne ensuite grossièrement la plaque 8 sur la plaque 2 et l'on dépose cette plaque 8 sur la plaque 2 de manière qu'au moins le sommet de chaque bille soit en face du trou correspondant de la plaque 8. On obtient

alors un auto-alignement des plaques 2 et 8 par gravité.

Il est possible de favoriser cet auto- alignement par vibration. On limite ainsi les imprécisions de positionnement dues aux frottements.

Pour obtenir ces vibrations on utilise par exemple des ultrasons ou des plateaux vibreurs.

On colle ensuite la plaque 8 à la plaque 2.

Pour ce faire, on utilise une technique d'enrobage de colle, par exemple la technique décrite dans le document suivant : [4] Process for coating electronic components hybridized by bumps on a substrate, US 5 496 769, F. Marion et M. Boitel, voir aussi FR 2 704 691.

Au lieu de coller les plaques par enrobage de colle, on peut faire un pré-dépôt de la colle sur la plaque 2 avant de placer la plaque 8 sur cette plaque 2. En variante, on peut faire un collage localisé par encollage des billes avant de placer la plaque 8 sur la plaque 2. Au lieu de cela, on peut utiliser un moyen mécanique de fixation, par exemple des vis ou des ressorts aptes à fixer la plaque 8 à la plaque 2.

On donne maintenant des avantages de l'invention : Elle permet de rapporter deux pièces l'une sur l'autre avec un pré-alignement sommaire, d'une précision meilleure que la demi-taille des trous formés ; et l'alignement final, après auto-alignement, peut tre extrmement précis (environ 1 um suivant la précision des trous).

De plus, elle permet d'obtenir un anglea très précis entre les pièces.

En outre, pour former un dispositif conforme à l'invention, il n'est pas nécessaire d'utiliser une machine de positionnement complexe et coûteuse.

La figure 2 illustre schématiquement un exemple de procédé conforme à l'invention, permettant la fabrication collective de plusieurs dispositifs du genre du dispositif de la figure 1.

On utilise pour ce faire N plaques 241, 242 ... 24N que l'on place sur une surface appropriée 26, N étant un nombre entier supérieur à 1. On associe respectivement N autres plaques 281, 282... 28N a ces plaques 2 41, 2 42... 2 4N.

Toutes ces plaques sont encore pourvues de trous et assemblées les unes aux autres par l'intermédiaire de billes pour obtenir N assemblages du genre de celui de la figure 1.

On enrobe ensuite chacun des N assemblages au moyen d'une colle 30 polymérisable par un rayonnement ultraviolet puis on réticule simultanément la colle des N assemblages par l'intermédiaire d'un tel rayonnement ultraviolet 32.

Le caractère collectif de l'assemblage des plaques ainsi formé est important car l'alignement et le collage usuellement pratiqués nécessitent de tenir une paire de pièces que l'on veut fixer l'une à l'autre, pendant toute l'opération de durcissement de la colle. Il en résulte que l'on doit assembler de telles paires de pièces les unes après les autres. Le

temps total de réticulation est alors égal à N fois le temps de réticulation unitaire. Pendant tout ce temps, la machine d'alignement et de collage est utilisée et sa capacité, exprimée en « pièces par heure », est très faible.

Au contraire, l'auto-alignement mis en oeuvre dans l'exemple de la présente invention, illustré par la figure 4, n'oblige pas à tenir les paires de plaques pendant la réticulation. Le temps total de réticulation est égal au temps de réticulation de la colle d'une seule paire de plaques. Cette opération peut s'effectuer avec une autre machine que la machine d'alignement. On utilise par exemple une simple étuve pour une colle à réticulation thermique et un flux de rayonnement ultraviolet pour une colle réticulable par un tel rayonnement.

On donne maintenant, à titre purement indicatif et nullement limitatif, un exemple numérique de mise en oeuvre de la présente invention en se référant aux figures 3 et 4.

On désire aligner deux composants optiques face à face avec une précision meilleure que 2 um. Pour ce faire, on forme deux plaques 34 et 36 respectivement pourvues de ces deux composants optiques et comportant chacune deux trous 38 et 40 de profondeur égale à 200 um et de diamètre égal à 200 pm +/-2 um, ces deux trous étant distants de 800 um.

On voit sur la figure 4 la face 42 de la plaque 34 ou 36 à partir de laquelle sont formés ces deux trous 38 et 40.

On forme un troisième trou 44 à partir de cette face 42. Le centre de ce troisième trou se trouve sur la médiatrice du segment joignant les centres des deux trous et à une distance D de ce segment égale à 5 mm.

On dépose sur les trous 38 et 40 des billes 46 et 48 de 240 um +/-2 um de diamètre et l'on dépose une bille 50 de 120 um de diamètre sur le trou 44 dont le diamètre vaut 100um.

La figure 3 montre une bille 46 ou 48 ou 50 placée sur un trou 38 ou 40 ou 44 formé dans la plaque 34 ou 36. On note R le rayon de la bille et Rt le rayon du trou. On note H la distance entre le centre de la bille et le plan de la face supérieure de la plaque.

Pour les deux billes 46 et 48, H prend une valeur H1.

Pour la troisième bille 50, H prend une valeur H2. Or H est égal à la racine carrée de (R2-R2t). H1 est donc égal à 66 um et H1 à 33 um.

Donc les plaques 34 et 36 sont espacées de 132 um au niveau des deux billes 46 et 48 et finalement positionnées à mieux que 2 um si les trous et les billes sont formés avec une précision meilleure que 2 um. La tolérance de pré-positionnement initial est de +/-100 um (demi-diamètre des trous).

L'angle entre les deux plaques 34 et 36 est peu différent de (H2-H1)/D c'est-à-dire 0,38°.

La figure 5 est une vue de dessus schématique et partielle d'une plaque 52 utilisable (en deux exemplaires) dans l'invention. Cette plaque comprend plus de trois trous, par exemple deux ensembles de trois trous 54-56-58 et 60-62-64

respectivement formés le long de deux lignes 66 et 68 qui ne sont pas parallèles. Les trois trous alignés 54, 56 et 58 ont des diamètres décroissants et les trois autres trous 60,62 et 64 sont respectivement identiques aux trois trous 54,56 et 58 et espacés comme ces derniers.

On place dans les trous 54,56 et 58 des billes 70,72 et 74 de diamètres décroissants, supérieurs aux diamètres des trous correspondants, et dans les trous 76,78 et 80, des billes 76,78 et 80 identiques aux billes 70,72 et 74.

On peut ainsi assembler la plaque 52, munie des billes, à une plaque identique puis coller les plaques l'une à l'autre par enrobage de colle.

Comme on l'a vu plus haut, l'invention permet de coupler deux composants optiques respectivement formés sur deux plaques par exemple faites en silicium. On peut par exemple coupler ainsi un premier laser de pompage du genre VCSEL ou laser à émission par la surface à cavité verticale (« vertical cavity surface emitting laser ») et un deuxième laser VCSEL faisant face au premier VCSEL et pompé par celui- ci.

Les plaques comportant des trous sont de préférence faites en silicium, matériau dans lequel la formation de trous est d'usage courant. De plus le silicium est un support connu des systèmes MEMS.

On peut également réaliser les trous dans des matériaux optiques ou fluidiques utilisés dans l'application considérée, par exemple des verres ou des métaux.

Les billes d'alignement peuvent tre formées dans tous les matériaux souhaitables, allant du corindon, matériau dur, disponible sous la forme de billes, à l'acier inoxydable, matériau disponible sous la forme de billes calibrées peu coûteuses.

Les billes peuvent mme tre faites en un matériau fusible comme par exemple une brasure ( « solder ») telle que SnPb ou In, matériaux qui sont disponibles sous forme de billes calibrées.

Les brasures d'indium sont susceptibles de garantir une déformation et mme une pré-adhérence avant collage si elles sont mises en pression, du fait des propriétés d'adhérence de l'indium sur tous les matériaux.

La présente invention a de nombreuses applications.

Elle s'applique par exemple au couplage d'une fibre optique, insérée dans une cavité formée dans l'un des deux supports que l'on utilise, et d'un VCSEL formé dans l'autre support.

Le couplage de la fibre et du VCSEL avec un angle (tel que l'angle a de la figure 1) permet d'éviter les réflexions directes de lumière dans le VCSEL. De plus, un tel angle est nécessaire. pour coupler des fibres optiques ou, plus généralement, des composants optiques, sans retour direct de lumière.

L'invention permet aussi le couplage d'une fibre optique et d'un laser de façon démontable. Ceci est schématiquement illustré par la figure 6 sur laquelle on voit une plaque inférieure 82 comportant trois trous borgnes, tels que les trous 84 et 86,

formés à partir de la face supérieure de cette plaque (le troisième trou n'est pas visible sur la figure 6), et un VCSEL 88 qui peut tre émetteur ou détecteur de lumière et qui est formé à partir de cette face supérieure.

On utilise aussi une plaque supérieure 90 qui est identique à la plaque 82 à ceci près que ses trois trous, tels que les trous 92 et 94, ne sont pas des trous borgnes : ils traversent cette plaque supérieure 90 (mais pourraient tre borgnes dans un autre exemple).

Dans l'exemple de la figure 6, tous les trous ont le mme diamètre et l'on utilise des billes telles que les billes 96 et 98, ayant le mme diamètre (supérieur au diamètre des trous) de sorte que l'angle formé par les faces des plaques 82 et 90, qui sont en regard l'une de l'autre, est nul.

La plaque supérieure 90 comporte également un trou borgne dans lequel on a inséré l'extrémité d'une fibre optique 100. Les trous que comporte l'assemblage de la figure 6 sont prévus pour que, lorsque cet assemblage est formé, l'axe du coeur ( « core ») 104 de la fibre optique 100 rencontre le VCSEL 88.

On choisit une plaque 90 en un matériau transparent à la lumière qui est destinée à passer de la fibre au VCSEL ou réciproquement.

Dans un exemple non représenté, on utilise un assemblage du genre de celui de la figure 6 pour aligner un réseau ( « array ») de fibres optiques avec un réseau d'émetteurs ou de détecteurs de lumière.

On voit en outre sur la figure 6 des ressorts de fixation ( « clamping springs ») 106 permettant de fixer mécaniquement les plaques 82 et 90 l'une à l'autre.

L'invention a également de nombreuses applications dans le domaine des MEMS : elle est par exemple utilisable pour le recouvrement d'un écran d'affichage à cristaux liquides.