Chapitre III. Réalisation et mesure des réseaux d'antennes off-body à 60 GHz
2. Description de la réalisation des prototypes des réseaux d'antennes
2.2. Séquences de fabrication des prototypes
Le pôle prototypage de l'IETR dispose d'un système laser (ProtoLaser S) permettant de réaliser des gravures sur substrat. Seul le réseau d'antennes A1 qui est monocouche a été réalisé au
laboratoire avec ce procédé. En effet, il a été fait appel à un prestataire extérieur pour la réalisation des prototypes multicouche.
Pour limiter les coûts et réduire les délais de fabrication des prototypes, la réalisation des réseaux d'antennes multicouches a été scindée en seulement trois séquences de fabrication relatives au nombre de couches de substrat dans les structures (Figure III.4). Les réseaux d'antennes A2, A4, A4b et As1 qui possèdent tous une structure composée de deux couches de
substrat d'épaisseur 127 µm ont été regroupés en une même séquence de fabrication (Figure III.4b). C'est également le cas pour les réseaux A3, A3b, As2, As4 et As4b qui eux sont composés de
deux couches de substrat 127 µm, et d'une troisième de 381 µm d'épaisseur (Figure III.4c). Enfin, les réseaux As3 et As3b possèdent une structure composée de quatre couches de substrat (Figure
III.4d).
La structure 2C (Figure III.4b) est constituée de deux couches de substrat de même épaisseur ; elle ne nécessite qu'une seule phase d'assemblage. Au préalable de cette phase d'assemblage, une
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première séquence de perçage (ø1 = 0,200 mm) et de métallisation de via est réalisée entre les
niveaux métallisés m2 et m3 de la couche de substrat Sub2. Suivis ensuite d'une phase de gravure
du niveau m2 qui n'est plus accessible après assemblage. Après assemblage, la seconde séquence
de perçage (ø2 = 0,400 mm) et de métallisation de via est effectuée entre les niveaux m1 et m3,
puis les motifs micro-ruban présents sur m1 et m3 sont gravés successivement, avant un dépôt de
cuivre électrolytique sur les gravures de ces mêmes couches.
(a) - Structure 1C (b) - Structure 2C
(c) - Structure 3C (d) - Structure 4C
Figure III.4 - Structures relatives aux différentes séquences de réalisations des prototypes des réseaux d'antennes 60 GHz tenant comptent des contraintes de réalisation.
La structure 3C (Figure III.4c) est composée de trois couches de substrat nécessitant deux phases d'assemblage. Avant le premier assemblage qui implique les couches Sub2 et Sub3, les
motifs sur le niveau m4 sont gravés. A la suite du premier assemblage, une première séquence de
via métallisés (ø1 = 0,250 mm) est réalisée entre les niveaux m3 et m5 de la structure stratifiée,
suivis de la gravure sur le niveau m3. Avant le second assemblage, une deuxième séquence de
perçage de via métallisés (ø2 = 0,200 mm) est réalisée entre les niveaux m1 et m2 de la couche
Sub1, puis les motifs du niveau m2 sont gravés. Après le second assemblage qui implique Sub1 et
la structure préalablement stratifiée Sub2 + Sub3, une troisième séquence de via (ø3 = 0,400 mm)
est percée et métallisée entre les niveaux m1 et m5, puis les motifs sont gravés successivement sur
les surfaces de la structure avant un dernier dépôt de cuivre électrolytique uniquement sur les motifs gravés.
La structure 4C (Figure III.4c) est un empilement de quatre couches de substrat nécessitant deux phases d'assemblage. La première phase est semblable à celle de la structure 3C. En revanche, la deuxième phase diffère car, contrairement au cas de la structure 3C, ce n'est pas une couche de substrat, mais deux qui sont assemblées avec la structure stratifiée au cours du premier pressage. Au préalable de ce deuxième assemblage, les motifs présent sur le niveau de cuivre m2
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= 0,400 mm) est réalisée entre les niveaux m1 et m5, puis les motifs sont gravés successivement
sur ces deux niveaux de cuivre avant le dépôt de cuivre électrolytique.
Ces regroupements permettent d'organiser la réalisation de l'ensemble des réseaux d'antennes étudiés en seulement trois séquences de fabrication relatives au nombre de couche de substrat des structures présentées en Figure III.4. Cependant, cette organisation induit que les contraintes concernant les renforts de cuivre sont généralisées à l'ensemble des prototypes partageant la même séquence. C'est le cas pour les prototypes du réseau d'antennes A2 dont les épaisseurs de
cuivre à considérer sont augmentées par les contraintes de renfort de cuivre imposées par les réseaux A4 et A4b. C'est aussi le cas pour le réseau As2 qui verrait les épaisseurs de ses niveaux de
cuivre réduire s'il était réalisé individuellement.
Les Figure III.5 et Figure III.6 présentent la vue de dessus et la vue en coupe des structures stratifiées pour chaque réseau d'antennes étudié. Ces structures tiennent compte des contraintes technologiques d'assemblage, lesquelles nécessitent l'incorporation de couche de prépreg entre les couches de substrat, des renforts de cuivre sur les niveaux de métallisation où débouchent les via, ainsi qu'un accès pour la connectique. Pour la dernière contrainte, on distingue clairement sur les figures des vues en coupe les allongements permettant de connecter des prototypes.
Il est important de préciser que suite aux réorganisations des structures des réseaux d'antennes, les dimensions des antennes et des arborescences d'alimentation ont été ré-optimisées numériquement, les nouvelles dimensions des motifs sont détaillées en Annexe B. Les résultats numériques obtenus sans le connecteur de mesure pour les réseaux d'antennes en espace libre et en présence du fantôme sont donnés en Annexe C. Les résultats numériques prenant en compte les effets de la présence du connecteur sont comparés aux résultats expérimentaux dans la suite de ce chapitre.
Page 87 (i) (ii) (a) - Réseau A1 (i) (ii) (b) - Réseau A2 (i) (ii) (c) - Réseau A3 ou A3b (i) (ii) (d) - Réseau A4 ou A4b
Figure III.5 - Schématisation de la vue (i) de dessus et (ii) en coupe des structures des réseaux d'antennes 60 GHz non-empilées (dimensions en mm).
Page 88 (i) (ii) (a) - Réseau As1 (i) (ii) (b) - Réseau As2 (i) (ii) (c) - Réseau As3 ou As3b (i) (ii) (d) - Réseau As4 ou As4b
Figure III.6 - Schématisation de la vue (i) de dessus et (ii) en coupe des structures des réseaux d'antennes 60 GHz empilées (dimensions en mm).
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