Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Optique imageante“

Low-temperature co-fired ceramic (LTCC) are widely acknowledged for wide-band and microwave circuits. Within the project consortium KERAMIS, implementation of higher functionality in LTCC substrates is being investigated. Among the applications considered are a 4 × 4 switch matrix [1], voltage-controlled oscillators [2], and amplifiers for multimedia satellite communications working in Ka-band. In order to add more functionality (e.g., filters, couplers) in LTCC, current patterning limits of line width and line separation need to be extended. Four different technologies were considered for higher resolution: a) fine-line printing technology with special screens, b) photo-imageable pastes, c) etching of thick-film conductors (co- and post-fired), and d) thin films on LTCC. Evaluation of patterning technologies is based on a test coupon that was designed and manufactured by the consortium members. The artwork contains lines, line transitions, ring resonators (microstrip and stripline), edge-coupled filters, DC blocking structures, and various lines for DC resistance testing. The smallest gap definition is 50 μm. Two substrate materials, Du Pont tapes 951 and 943, are included in the study. In addition to the main frequency band of interest in the project (17–22 GHz), these structures have been characterized up to 50 GHz. Electrical results are correlated to physical measurements of the structures (line width, spaces, and tolerances) and are evaluated with respect to performance, manufacturability, and yield. Results show excellent performance for screen-printed structures and demonstrated the importance of mask tuning to achieve optimum resolution (under etching etc.).

Rapid growth of advanced FOWLP (fan-out wafer level packaging) or simply fan-out, is upon us as the industry moves from historical monolithic SoC (system on chip) scaling to multi-die architectures using chiplets, tiles, dielets or whatever they’re called. The emerging multi-die devices can be either homogeneous or heterogeneous or combinations of both and are being driven by today’s most advanced applications including 5G, AI, autonomous driving as well as the Internet of Things. In this paper, we will explore the use of LDI (laser direct imaging) in combination with Adaptive Patterning® as a platform for photo lithography in support of this ever more complicated packaging integration. LDI is not new to the wafer level packaging industry since Deca first introduced the concept in 2010 and went to production in 2011 in support of WLCSP (wafer level chip scale packaging). Deca collaborated with an LDI technology leader in the PCB industry, Hitachi Via Mechanics (now ADTEC) to drive the technology to the precision required for wafer level packaging, a novel concept at the time. With the long-term vision of Adaptive Patterning in mind for embedded die structures such as M-Series™ fan-out, Deca utilized the advantages of rapid design-to-manufacturing in a mask-less environment and elimination of photomask costs as initial value drivers for WLCSP. The mask-less environment further allowed designers the opportunity to change layout attributes such as thieving structures for plating, RDL routing for modeling and more in real-time. Using digital masks allowed time and expense savings with the avoidance of initial tooling cost and storage. The key challenge is using LDI photolithography was the 405nm wavelength of the approach. Conventional wafer level packaging photoresists and photo imageable dielectrics were generally designed for either broadband or i-line exposure. Some of the broadband materials performed well with LDI, while Deca worked with several leading manufacturers to develop new photo-activation packages tailored for 405nm sensitivity. A combination of classic spin-on materials as well as novel dry film photoresists were successfully used in product qualifications and high-volume production. The process flow for dry film photoresist is different than liquid spin on. The dry film process consists of lamination, exposure, coversheet removal followed by develop. Typical throughput on a lamination tool is between 40 to 60 wafers per hour and not dependent on resist thickness. The conversion time from a standard 7 to 15µm RDL film to a 50 to 150µm Cu Pillar film can be accomplished in less than 15minutes. The advantages of a dry film include high throughput of greater than 100 wafer per hour for RDL steps with imaging down to 8µm, elimination of harmful solvents, waste handling of liquid photoresist, edge bead removal and associated film thickness variation due to resist swelling. Lower cost per wafer was another key factor in utilizing dry films with LDI over liquid resist. Current dry film engineering data suggests strong imaging performance down to 4µm at the 405nm wavelength with additional work underway on 2µm and finer features. The resolution of an optical system is dependent on exposure wavelength and NA (numerical aperture). Conventional photo steppers improve their imaging performance with higher and higher levels of NA rather than migrating to shorter wavelengths due to the use of cost-effective Hg lamps. The disadvantage of high NA steppers is the reduction in DOF (depth of focus). LDI offers a high DOF due to its inherent low NA, often 2x or greater DOF as compared to steppers. A higher DOF becomes critical as linewidths are scaled ever smaller upon the inherent imperfect planarity of organic FOWLP structures. A new generation of LDI tools are coming to market with enhanced capability to achieve 2µm lines and spaces and below utilizing 405nm or mixed wavelengths including 375nm. The shorter wavelength option opens the door for using more broadly available i-line sensitive materials. A breakthrough capability of LDI is the elimination of reticle size limits since there are no glass photomasks used in the process. Industry leading steppers are forced to use reticle stitching as package body size grows above the typical range of 16mm to 24mm. Several recent customer-driven designs for heterogeneous integration exceed 35mm on a side requiring multiple levels of reticle stitching which significantly reduces factory throughput driving up product cost. Using Adaptive Patterning design tools including AP Studio, product designers are limited only by the physical wafer or panel size where packages devices could grow to 300mm x 300mm if desired using a 600mm x 600mm manufacturing format. Another key LDI advantage is the ability to utilize a unique optimized design per wafer to precisely overcome embedded die shift related to natural variation in die placement and compression molding. Adaptive Patterning design tools are utilized by package designers to establish rules for Adaptive Alignment, Adaptive Routing or Adaptive Metal Fill for each package design. Within the presentation, the complete Adaptive Patterning process will be explained for a straightforward understanding of how complex heterogeneous multi-chiplet systems can be constructed in a cost-effective manner with optimum design rules and assurance of high yields in manufacturing. A survey of currently available LDI tools will be presented and a few examples of advanced M-Series fan-out technologies based heterogeneous chiplet-based products designed for LDI and Adaptive Patterning will be shared.

Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème d'optimisation de la forme de miroirs de télescopes par la méthode de variation de frontière d'Hadamard. Pour cela, nous étudions deux modèles permettant de décrire la propagation de la lumière dans un télescope. Le premier modèle que nous considérons est un problème théorique de diffraction à fréquence finie autour d'un miroir métallique. Nous proposons une fonction coût impliquant le champ électromagnétique sur le plan focal et dont la limite hautes fréquences correspond à certains critères de qualité optique. Nous faisons intervenir dans le coût un opérateur pseudo-différentiel défini sur le plan focal dont le symbole permet de représenter les régions où l'on souhaite concentrer les rayons en hautes fréquences.Dans un deuxième temps, nous appliquons la méthode d'Hadamard à cette même fonction coût pour obtenir les dérivées de forme. À l'aide de mesures limites de transformées de Wigner des états direct et adjoint, nous exprimons la limite hautes fréquences des dérivées de forme. Le second modèle est un modèle de tracé de rayons représenté par deux variables aléatoires d'entrée correspondant à la position et la direction d'entrée des rayons dans le système optique. Une fois ces variables aléatoires propagées dans le système optique selon les lois de Snell-Descartes, deux variables aléatoires correspondant à la position et la direction de sortie des rayons sur le plan focal sont obtenues. Nous adaptons la méthode d'Hadamard au cas de variables aléatoires dépendant de la forme des miroirs. Nous obtenons les dérivées de forme du problème de tracé de rayons pour des fonctions coût générales. Cette seconde approche permet également de caractériser plus finement les mesures limites utilisées dans la limite hautes fréquences des dérivées de forme du cas Maxwell. Dans certains cas, un état adjoint est explicité et une nouvelle expression pratique des dérivées de forme est obtenue.Des simulations numériques sont réalisées sur des cas optiques simples pour valider la dérivée de forme
In this thesis, we are interested in the shape optimization of telescopes mirrors based on the Hadamard's boundary variation method. Two models are proposed in order to described propagation of light in the telescope. The first model we consider is a theoretical scattering problem at finite frequency around a metallic mirror. We propose a cost function involving the electromagnetic field on the focal plane and whose limit corresponds to some optical criteria. To this aim, a pseudo-differential operator on the focal plane is used. Its symbol allows to represent phase space regions where we want to concentrate rays.Once a cost defined, we obtain a shape derivative of the cost with the Hadamard's method. Using limit measures of Wigner transforms of direct and adjoint states, high frequency limits of shape derivatives are expressed.The second model we consider is a ray tracing model. Two entrant random variables model position and direction at the telescope entrance. Once propagated according to Snell-Descartes laws, two random variables representing position and direction of rays on the focal plane are obtained. We adapt the Hadamard's method to the case of random variables depending on mirrors shapes. Shape derivatives for rather general costs are obtained.This second approach is useful to characterize more precisely the limit measures involved in the high frequency limit of shape derivatives obtained in the Maxwell's case. In those cases, an adjoint state is derived and a new practical expression of the shape derivative is given.Numerical simulations are performed on simple optical examples in order to validate the shape derivative

L'intégration de systèmes optiques au plus près des détecteurs est un domaine en pleine expansion dans le monde scientifique et industriel. La diminution de l'encombrement et des coûts de ces systèmes contribuerait en effet à une meilleure diffusion de ces derniers dans des applications très diverses. L'objectif de la thèse est d'explorer de nouvelles briques de conception pour les systèmes infrarouges refroidis. J'ai montré qu'une première étape de miniaturisation peut être apportée en intégrant les systèmes optiques directement à l'intérieur du cryostat (intégration dewar-level). Les contraintes cryogéniques imposent cependant une simplification et une miniaturisation plus poussée de manière à réduire au maximum la charge supplémentaire à refroidir. Je me suis orienté, dans un premier temps, vers une approche minimaliste qui a consisté à rendre imageant le cryostat sans intégrer la moindre optique supplémentaire. J'ai ainsi réalisé une camera obscura infrarouge en donnant un effet sténopé au diaphragme froid. Ce concept a été amélioré en codant sur ce diaphragme un réseau circulaire qui associe la propriété de grande profondeur de champ du sténopé avec une bonne résolution angulaire. Les deux solutions proposées, bien que remarquables par leur simplicité, souffrent néanmoins d'un faible bilan radiométrique. Celui-ci peut être amélioré en intégrant une architecture de type ménisque de Wollaston, qui a fait l'objet d'une demande de brevet. J'ai alors montré qu'une seule optique refroidie permet d'atteindre simplement une très bonne qualité optique. Enfin, une réflexion a été menée pour miniaturiser cette architecture. Elle s'appuie sur des systèmes multivoies s'inspirant de l'œil à facettes apposées des invertébrés et de la vision du Xenos Peckii. Cette réflexion permettra de franchir une étape d'intégration supplémentaire en proposant d'aménager directement au niveau du détecteur (intégration wafer-level) des architectures optiques.

La numérisation est un enjeu majeur dans le domaine du patrimoine, permettant d’une part la sauvegarde à long terme des pièces de collections, et d’autre part de les valoriser sous un jour nouveau. En collaboration avec le Musée d’Ethnographie de Bordeaux (MEB), ce travail de thèse se fixe pour objectif de proposer une solution novatrice en terme de numérisation en proposant une réponse à la problématique suivante : comment restituer fidèlement l’apparence d’une pièce de collection, tel que la version numérique soit, à l’oeil, indiscernable du véritable objet ? La taille des objets à numériser ainsi que la résolution nécessaire pour obtenir la qualité souhaitée impliquent de fait une quantité astronomique de mesures à effectuer, formant un véritable défi technique et scientifique. Cette thèse se propose de répondre à cette observation par la réalisation d’un prototype d’acquisition innovant basé image, formé d’un dôme couvert de 1080 LED au sein duquel évolue une caméra sur bras robotisé. Ce travail est d’abord appuyé par un faisceau de recherches préliminaires, s’attardant sur les problématiques théoriques et pratiques attenant à une telle mesure. Cela a notamment permis de mettre en évidence à quel point la diffraction joue un rôle important dans la mesure de BRDF, bien au-delà des critères habituels. Dans ce sens, un nouvel algorithme de traitement des données, métrologiquement viable, a pu être proposé. Appuyé par ces acquis, le prototype de numérisation a pu être conçu, réalisé, calibré et finalement exploité avec succès pour la sauvegarde du patrimoine. Ce nouvel instrument, en constante évolution, jette alors la première pierre de nombreux axes de recherches futurs, tant portés sur l’optimisation du processus de mesure que sur l’exploitation des données générées
Digitization is a major issue of interest in the field of cultural heritage, allowing on the one hand the long-term safeguard of collector’s pieces, and on the other hand to valorize them under a new revelatory way. In collaboration with the Musée d’Ethnographie de Bordeaux (MEB), this thesis work has the objective of proposing an innovative solution in terms of digitization, by answering the following problem : how to faithfully reproduce the appearance of a collector’s piece, such that the digital version is, to the eye, indistinguishable from the real object ? The size of the objects to be digitized as well as the resolution necessary to obtain the desired quality imply an astronomical quantity of measurements to be carried out, forming a real technical and scientific challenge. This thesis proposes to respond to this observation by producing an innovative imagebased acquisition prototype, formed by a dome covered with 1080 LEDs within which a camera on a robotic arm evolves. This work is first supported by a bundle of preliminary research, focusing on the theoretical and practical issues attached to such a measurement. This notably made it possible to highlight to what extent diffraction plays an important role in BRDF measurements, far beyond the usual criteria. In this sense, a new metrologically viable data processing algorithm has been proposed. Supported by these achievements, the digitization prototype has been designed, produced, calibrated and finally successfully used for the safeguarding of the cultural heritage. This new, constantly evolving instrument then lays the foundation stone for many areas of future research, both focused on optimizing the measurement process and on exploiting the generated data