Mise au point d'une filière de fabrication de microlentilles par moulage silicium : application à l'instrumentation optique miniature

Set up of a microlenses fabrication technique by silicon molding : applications to miniaturized optical instrumentation

• Auteur / Autrice : Jorge Albero Silvestre
• Direction : Christophe Gorecki
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium

Lentilles (optique)

Résumé

Nous présentons ici une synthèse des travaux concernant le développement d'une technologie de fabrication de microlentilles par moulage à base de préformes en silicium gravé. Ce travail s'est déroulé dans le cadre d'une thèse de doctorat réalisée au Département Micro Nano Sciences et Systèmes de l'Institut FEMTO-ST (2006-2010). Ces travaux ont été soutenus par le Réseau Européen d'Excelience en Micro-Optique (NEMO) et le projet européen collaboratif «Smart inspection system for high speed and multifunctional testing of MEMS and MOEMS» (SMARTIEHS). Notre motivation est de proposer une technique de fabrication bien adaptée à la fabrication de masse et aux techniques de prototypage rapide. L’utilisation des technologies de micro-usinage permet la réduction du coût et la miniaturisation des systèmes et des composants micro-optiques, ainsi que la possibilité d'une intégration monolithique. Nous nous sommes intéressés à la gravure humide (anisotrope et isotrope) du silicium comme un moyen rapide d'obtenir des préformes sphériques qui peuvent ensuite être répliquées par des procédés typiques tels que le matriçage à chaud, le moulage UV ou le moulage par micro-injection de plastiques. L’association du moulage silicium à la soudure anodique et le recuit thermique permet en Outre l'intégration monolithique de microlentilles en verre sur une membrane de silicium, compatible avec le développement des MOEMS. Le choix entre les deux types de gravure proposés permet la fabrication de microlentilles dans un large spectre de tailles et propriétés optiques (ouverture numérique, longueur focale). Du point de vue technologique, nous avons établi une procédure spécifique de fabrication de microlentilles, non seulement ayant des empreintes circulaires, mais aussi des empreintes moins conventionnelles qui offrent d'autres domaines d'application.

We present here a synthesis of the PhD work concerning the development of a microlenses fabrication technique by moulding with etched silicon moulds. This work has been carried out at the Micro Nano Sciences and Systems department of the institute FEMTO-ST in the framework of the European Network of Excellence on Micro-Optics (NEMO) and the European Commission FP7 granted project "Smart inspection system for high speed and multifunctional testing of MEMS and MOEMS” (SMARTIEHS). We study here the wet etching of silicon (anisotropic and isotropic) as a tool to fabricate spherical moulds of microlenses suitable for mass production by well-known replication methods, such as hot embossing, UV-molding or micro-injection molding. The choice of the etching solution allows a large choice of sizes and optical properties (numerical aperture, focal length). Moreover, the anodic bending of borosilicate glass with the silicon molds under vacuum environment and a subsequent thermal reflow offers the possibility of monolithically integrate glass microlenses on a silicon membrane. The latter makes this technology attractive for the development of MOEMS. Unconventional footprint shapes with spherical profiles are also developed in this work in order to extend the application domains of the presented technique.