Procédé de fabrication des modules proposé : trois étapes

Le moulage est adapté à la fabrication des POE comme des SOE. Le principe du procédé en trois étapes qui fait l’objet de cette thèse réside dans le moulage simultané des deux étages de lentilles avec un seul moule. Ce moule abrite les empreintes des deux types de lentille sur deux de ses faces pour permette la fabrication simultanée des optiques primaires et secondaire. De plus, en utilisant un moule à « double face », l’alignement de ces deux étages de lentilles intrinsèquement réalisé lors de cette étape. Habituellement, chaque étage de lentille est réalisé séparément et assemblé par la suite. Les trois étapes dont le détail fait l’objet de cette section, sont les suivantes :

- Interconnexion et positionnement des cellules, - Moulage et auto-alignement des lentilles, - Assemblage du module µ-CPV final.

Ce procédé en trois étapes au lieu de cinq a été breveté par le laboratoire [107]. Dans cette section le principe de chaque étape est expliqué avec une attention particulière sur le positionnement des éléments les uns par rapport aux autres.

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4.2.1 Interconnexion et positionnement des cellules

Dans un premier temps, comme le montre la Figure 4.2, les cellules sont positionnées et interconnectées via un circuit imprimé (PCB pour Printed Circuit Board). Ce PCB est fixé sur la face arrière métallique du module qui comporte les inserts rectifiés A et B. Les inserts rectifiés B permettent de maintenir la position du PCB sur la face arrière du module ; les inserts A, la position des autres pièces assemblées avec la face arrière. Sur cet ensemble PCB-Face arrière, les cellules sont positionnées avec précision par rapport aux inserts rectifiés A, qui constituent le repère géométrique de l’ensemble.

Figure 4.2 : Première étape du procédé : Interconnexion et positionnement des cellules sur le circuit imprimé.

Lors de cette première étape du procédé de fabrication des micromodules, le positionnement des cellules est très important. Chaque cellule est collée par rapport à un repère visuel, typiquement, l’insert A de la Figure 4.2 sur la face arrière du module. La machine de pick-and-place utilisée pour ce positionnement (Datacon 2200 apm+) place les cellules l’une après l’autre par rapport à ce repère en utilisant une fonction de reconnaissance de forme. Après le collage de chaque cellule, la précision du placement est contrôlée par plusieurs outils de mesure. L’angle des cellules et leur position par rapport aux inserts doit répondre aux tolérances mécaniques fixées lors de la conception. La distance dfa(A-Cell), est un élément important dans la chaîne de cotes qui définit l’incertitude globale de positionnement de la cellule dans le système optique.

4.2.2 Moulage et auto-alignement des lentilles

Dans un second temps, le moulage par injection des POE et des SOE est simultané. Deux faces du moule comportent des empreintes de lentilles. La Figure 4.3 représente l’injection du silicone liquide dans ces empreintes de POE d’un côté et de SOE de l’autre. Comme chaque cellule est placée dans un repère géométrique lié aux inserts A, l’alignement SOE-Cellule dépend des distance dfa(A-Cell) (Figure 4.2) et dm(A-SOE) (Figure 4.3). Comme les POE sont moulées au même moment, l’alignement SOE-POE est assuré par les distances dm(A-POE) et dm(A-SOE) (Figure 4.3). L’alignement POE-Cellule est assuré par les distances dfa(A-Cell) et dm(A-POE).

Sur la face avant du moule, les inserts C guident le verre par rapport au moule. En quelques sortes, ce guidage mémorise l’alignement des POE avec la face arrière du

module lors du moulage. La position des POE par rapport aux inserts C est une reproduction de la position des cavités de POE par rapport à cet insert dans le moule. On considère donc que la distance entre l’insert C et la POE est dm(C-POE), que ce soit pendant le moulage ou une fois que les POE sont moulées. En somme, la distance Cellule-POE résulte de la chaîne de cote suivante :

_{Eq. 0.1}

Figure 4.3 : Seconde étape du procédé : Injection simultanée du silicone dans les empreintes de POE et SOE. Auto-alignement des optiques grâce à la géométrie du moule.

En plus de garantir l’alignement des éléments du système optique, le moule, la face arrière du module, et les pièces annexes doivent assurer trois fonctions principales. Le montage du moule avec les autres éléments doit être étanche, démontable et remontable. L’étanchéité est gérée au moyen de joints toriques et grâce à la qualité des surfaces dans le plan de joint. L’alignement est assuré par les inserts A et C, qui jouent le rôle de guide pour le montage des pièces métalliques. Ces guides mécaniques sont montés glissants et sans jeu dans les pièces mécaniques pour remplir la double fonction d’alignement et de démontage du moule. Les distances dm(A-SOE) et dm(A-POE) représentés sur la Figure 4.3 constitue également des éléments importants de la chaîne de cotes qui définit l’incertitude globale du positionnement de la cellule dans le système optique.

4.2.3 Assemblage du module µ-CPV final

La troisième étape consiste simplement à remplacer le moule par une entretoise qui maintient les récepteurs à la distance focale et en vis-à-vis des POE. L’entretoise, est usinée avec les mêmes dimensions que le moule. Cela permet de réaligner les POE avec les récepteurs avec les mêmes références de positionnement que lors du moulage. La Figure 4.6 ci-dessous représente le module final assemblé avec l’alignement assuré par les inserts A, B et C. L’alignement Cellule-SOE est celui

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appliqué lors du moulage ; l’alignement Cellule-POE est celui appliqué lors du moulage sauf que la distance A-C n’est pas maintenue par la même pièce (voir Eq. 0.1).

Figure 4.4 : Troisième étape du procédé : Assemblage des optiques primaires et secondaires via une entretoise avec la même géométrie que le moule. Auto-alignement respecté grâce aux

guides mécaniques.

Lors du montage du module final. La face avant du module avec les POE s’emboite dans les inserts C, montés serrés dans l’entretoise. De la même manière que lors du moulage, les faces avant et arrière sont ajustées glissantes, sans jeu avec les inserts. Les trois parties, la face avant, l’entretoise et la face arrière sont fixées par des vis M3. L’alignement final des POE avec les cellules et des SOE avec les cellules sont définis par les incertitudes sur les distance dm(C-POE) et dm(A-SOE).