Tolérances et limites technologiques

La précision de gravure est liée à l'épaisseur de la couche de cuivre. Les précisions garanties pour les différentes structures des réseaux d'antennes (Figure III.4) sont résumées dans le Tableau III.2.

Remarque : L'épaisseur de métallisation pattern n'impacte pas la précision de gravure car cette métallisation est réalisée post-gravure.

Tableau III.2 - Précisions de gravure sur les différents niveaux de métallisation des structures des réseaux d'antennes (valeurs en mm).

Niveaux de métallisation Structures 1C 2C 3C 4C m1 ± 0,020 ± 0,030 ± 0,030 ± 0,030 m2 ± 0,020 ± 0,030 ± 0,030 ± 0,020 m3 ± 0,030 ± 0,030 ± 0,030 m4 ± 0,020 ± 0,020 m5 ± 0,030 ± 0,030

2.3.2. Précision d'alignement

La précision d'alignement entre les motifs gravés sur deux niveaux de cuivre est estimée à ± 50 µm dans le cas d'une structure monocouche où les deux surfaces sont gravées. Dans le cas d'une structure multicouche l'alignement entre les motifs sur les deux surfaces est basé sur la position des via qui sont utilisés comme points de repère pour les gravures. La précision d'alignement entre les deux niveaux de cuivre où débouchent des via est également de l'ordre de ± 50 µm.

L'augmentation du nombre de couches de substrats dans une structure stratifiée a tendance à dégrader la précision d'alignement. Cette dégradation est en partie induite par les procédures de pressage qui déforment la matière sous les effets de l'augmentation de température et de pression. Généralement, c'est au cours du premier pressage, donc que la première montée en température que la déformation du matériau est la plus importante. Il est donc recommandé d'assembler plusieurs couches de substrat en un seul et même pressage, afin que les déformations des matériaux soient homogènes entre les couches et donc garantir un meilleur alignement.

Les tables données en Figure III.7 fournissent les précisions d'alignement garanties entre les niveaux métallisés pour chaque structure stratifiée présentée en Figure III.4. Dans le cas de la structure 4C, la précision d'alignement entre le niveau de cuivre m2 et les autres niveaux est

difficile à prévoir du fait que la couche Sub2 sur laquelle se trouve m2, n'est liée à aucune autre

couche par une séquence de perçage, de plus elle se trouve dans la structure intercalée entre deux couches de prépeg qui vont être très déformées au cours du pressage. Cependant, le désalignement entre les niveaux m1 et m2 susceptible d'être induit par la déformation de la matière au cours du

pressage est limité, car les couches de substrats Sub1 et Sub2 sont assemblées à la structure

Page 90 m1 m2 m1 0 ±0,05 m2 0 m1 m2 m3 m1 0 ±0,10 ±0,05 m2 0 ±0,05 m3 0

(a) - Structure 1C (b) - Structure 2C

m1 m2 m3 m4 m5 m1 0 ±0,05 ±0.10 ±0.15 ±0,05 m2 0 ±0.15 ±0.20 ±0.10 m3 0 ±0.05 ±0,05 m4 0 ±0.10 m5 0 m1 m2 m3 m4 m5 m1 0 ? ±0.10 ±0.15 ±0,05 m2 0 ? ? ? m3 0 ±0.05 ±0,05 m4 0 ±0.10 m5 0 (c) - Structure 3C (d) - Structure 4C

Figure III.7 - Tables des précisions d'alignement entre couches relatives à chaque structure stratifiée.

2.3.3. Impact des limites technologiques

L'impact des précisions de gravure (•g) et d'alignement (•l) entre les niveaux de cuivre a été

évalué numériquement en termes de caractéristiques de bande passante (niveau d'adaptation, largeur de bande passante et décalage fréquentiel), d'impédance et de gain pour chaque réseau d'antennes présentés en Figure III.5 et Figure III.6.

§ Incertitude générée par la précision de gravure

Comme attendue, la tolérance de gravure à tendance à réduire l'impédance du réseau en cas de sur-gravure et à l'augmenter en cas de sous-gravure. Les variations d'impédance sont comprises entre 48 • et 53,5 • quel que soit le réseau d'antennes considéré. Cette tolérance peut engendrer des décalages de la bande de fréquences de l'ordre de ±1 GHz dans le cas des réseaux A1, A4, As1

et As4. Dans le cas des réseaux A2, A3, As2 et As3 les décalages de la bande passante peuvent

dépasser 2 GHz (Tableau III.3), entrainant la désadaptation des réseaux A2 et A3 à la fréquence 60

GHz, les réseaux As2 et As3 sont eux en revanches toujours adaptés à cette fréquence en raison de

leur bande passante plus large. L'impact sur les diagrammes de rayonnement des réseaux A1, A4,

As1 et As4 est négligeable contrairement au cas des réseaux A2 et As2 pour lesquels la tolérance de

gravure génère des variations du lobe de rayonnement arrière de ±4 dB.

Tableau III.3 - Décalages fréquentiels de la bande passante des réseaux d'antennes générés par l'incertitude de gravure (GHz).

A1 A2 A3 A4 As1 As2 As3 As4

±0,8 ±2,7 ±2 ±1,1 ±0,8 ±2,1 ±2,1 ±1

§ Incertitude induite par la précision d'alignement

L'impact de la précision d'alignement est très différent d'un type d'alimentation à l'autre et en fonction du nombre de couches de substrat dans les structures.

Dans le cas du réseau d'antennes As1, l'incertitude d'alignement impacte la largeur de la bande

passante pouvant générer des variations de l'ordre de ±0,4 GHz. C'est aussi la bande passante qui est principalement affectée par la précision d'alignement dans le cas des réseaux A2 et As2 avec

des variations respectives pouvant atteindre jusqu'à ±1,3 GHz et ±2,1 GHz. Dans le cas des réseaux A4 et As4 l'incertitude d'alignement peut générer une légère variation de la bande passante

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des réseaux (<0,5 GHz) et un décalage fréquentiel de l'ordre de ± 0,7 GHz. Ce sont les réseaux A3

et As3 qui sont le plus affectés par la précision d'alignement en raison de leurs empilements à trois

ou bien quatre couches de substrat. Le niveau de coefficient S11 à 60 GHz est très affecté par les

incertitudes d'alignement jusqu'à être complètement désadapté du faite d'un décalage de la bande passante vers les hautes fréquences de l'ordre de 2,2 GHz pour le réseau A3 et jusqu'à 2,7 GHz

pour le réseau As3.

§ Bilan

L'analyse d'impacts des tolérances de gravure et d'alignement des couches de cuivre a mis en évidence que certains réseaux, en raison de leurs méthodes d'alimentation ou bien de leurs structures pouvaient y être plus sensibles.

C'est notamment le cas des réseaux A2, A3, As2 et A3 qui excitent les fentes permettant

d'alimenter des antennes imprimées avec des arborescences d'alimentation en lignes imprimées. La position et les dimensions des lignes imprimées sous les fentes peuvent se révéler très critiques en cas d'imprécisions de gravure et d'alignement allant jusqu'à ce que les réseaux soient complètement désadaptés à 60 GHz.

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