Brevet FR2267000A1 — publié le 19751031

La présente invention concerne un microcircuit à composants passions du type de ceux qui sont constitues par un support isolant sur lequel sont élabores un certain nombre de composants reliés électriquement entre eux pour réaliser des circuits tels que des coupleurs, des filtres etc Les microcircuits de ce type, actuellement conlius comportent un substrat en matériau isolant présentant deux faces parallèles, l'une des faces portant les composants passifs (réis-:ances, condensateurs, inductances), et l'autre face servant de plan de masse.Le fait de n'utiliser qu'une face pour recevoir les composants, liirite le niveau d'integration d'une part, et d'autre part pose des problèmes difficiles lorsqu'une inductance muttuelle doit exister entre deux selfs par exemple. De même les armatures des condensateurs nécessitent d'être isolées l'une de l'autre au moyen d'une couche diélectrique supplémentaire. La présente invention permet de pallier ces inconvénients et concerne un microcircuit comportant des composants passifs réalisés sur un substrat isolant présentant deux faces parallèles et opposées, lesdits composants étant reliés entre eux selon un schéma électrique déterminé par la fonction que doit réaliser ledit circuit Elle est essentiellement caractérisée par le fait que la première et la seconde face du substrat portent l'une et l'autre, au moins une première zone métallisée et ru moins une seconde zone métallisée isolée électriquement de la première, formant au moins un desdits composants ou a moins uri élément cons- titutif d'un desdits composants.La premiers zone métallisée peut jouer soit le rôle de plan de masse soit le rôle d'élément de composants, soit les deux à deux à la fois. De même, conformément à l'invention, étant donné que les deux faces du substrat sont utilisées pour porter des composants passifs, il devient possible d'en réaliser un certain nombre en regard l'un de l'autre, de part et d'autre de ce substrat en de transformer ce denier en diélectrique isolant, par exemple, deux armatures de condensateurs ou deux inductances, permettant ainsi d'cbtenir une inductance mutuelle entre deux composants selfiques. La présente invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 est le schéma électrique d'un filtre passehaut ; - les figures 2, 3 représentent schématiquement les deux faces d'un filtre dont le schéma électrique est celui de la figure 1, ledit filtre étant réalisé conformément à l'invention ; - la figure 4 est la vue en coupe du filtre représenté sur les figures 2 et 3 - la figure 5 est le schéma électrique d'un autre exemple de dispositif susceptible d'être réalisé conformément à l'invention ; - les figures 6 et 7 représentent les deux faces d'un dispositif selon la figure 5, réalisé conformément à l'invention ; - la figure 8 représente la vue en coupe du dispositif des figures 6 et 7. Les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures. La figure 1 représente le schéma électrique d'un filtre passe-haut : ce schéma est pris à titre d'exemple non limitatif dans le but d'illustrer les caractéristiques de l'invention. Ce circuit comporte une ligne de transmission 1 et un plan de masse 2, entre lesquels sont montés selon le schéma représenté : un premier condensateur 3 ayant une première armature a3 et une seconde armature b3 ; un second condensateur 4 dont la première armature a4 est reliée à la seconde armature du condensateur 3 et dont la seconde armature est référencée b4 ; entre un point commun A situé entre les deux armatures b3 et a4 et le plan de masse 2 sont montés respectivement une inductance 5 et un condensateur 6 dont les deux armatures sont respectivement a6 et b6. Un circuit de ce type est réalisé au moyen d'une plaque support fait en matériau diélectrique appelé dans la suite de la description substrat isolant ayant deux faces opposées, chacune de ces deux faces servant l'une et l'autre,conformément à l'in- vention, à recevoir au moins un élément passif ou une partie d'un tel élément. La figure 2 représente une première face 10 et la figure 3 représente l'autre face Il d'un tel substrat isolant 13 plus visible sur la figure 4 qui est une vue en coupe du dispositif représenté sur les figures 2 et 3. Ce substrat est en général une plaquette d'alumine polycristallin de constante diélectrique de l'ordre de 9,6 et d'épaisseur calibrée selon l'application considérée.Il peut également s'agir d'une plaquette réalisée en saphire ; dans ce cas l'épaisseur de la plaquette varie entre 100 et 600 microns selon la fréquence d'utilisation qui peut elle-même varier de 50 à- 2000 MHz. Selon un procédé connu, initialement, les deux faces 10 (figure 2) et Il (figure 3) sont métallisées : une pellicule de résine photosensible est déposée sur chacune de ces deux faces et, après insolation selon un contour déterminé, enlevée aux endroits où la couche métallique doit être gravée L'insolation est réalisée sur chacune des deux faces à travers un masque ; la coîncidence entre le masque relatif à la face 10 et le masque relatif à la face Il est obtenue par des moyens connus tels que l'utilisation de repères de coincidence par exemple. ,Il s'agit là d'un procédé classique. Dans l'exemple décrit, le masque relatif à la face 10 du dispositif reproduit l'image de la première armature a3 du condensateur 3 et celle de la seconde armature b4 du condensateur 4 ainsi que l'image du plan de masse 2. Ce masque délimite les zones à graver, de sorte que les parties restant protégées après l'insolation et l'élimination des parties insolées, correspondent préci sément aux surfaces aD, b et 2. Sur toutes les autres parties de la face 10, après gravure de la couche métallique, le substrat isolant est mis à nu. Sur la face opposée c'est-à-dire sur la face 11, le même procédé est répété: un masque reproduit première armature a6 du condensateur 6 ainsi que l'image d'une inductance 5 et celle d'une zone métallisée 21 située en regard des premières armatures a3 et b4 et qui sert d'armature commune aux condensateurs 3 et 4 en constituant précisément leurs secondes armatures b3, et a4. Ce masque permet de délimiter, après insolation et élimination de la résine photosensible, les zones du substrat qui doivent être mises à nu. Selon une des caractéristiques importantes de l'invention, chacune des faces du substrat isolant est utilisée pour recevoir au moins un élément ou une partie d'élément coopérant avec le plan de masse de telle sorte qu'il est possible d'obtenir par rapport aux circuits connus de ce type, un gain de place appréciable. Ainsi, le plan de masse 2 réalisé sur la face 10 joue, en plus de son râle spécifique de masse, un râle de seconde armature b6 pour le condensateur 6. De même le fait de disposer les armatures des condensateurs 3 et 4 sur une face (dans le cas présent la face 10) et une armature commune 21 correspondantà la fois à l'armature b3 et a4 des condensateurs 3 et 4 rend automatiquement le circuit beaucoup plus compact.Cette disposition particulière, conforme à l'invention, permet en outre d'utiliser le substrat isolant comme couche diélectrique, isolant les armatures des différents condensateurs. Une connexion 30 relie une borne de l'inductance 5 à l'armature a6 du condensateur 6, son autre borne étant directement reliée à l'électrode commune 21 cdrrespondant au point A de la figure 1. La figure 4 est une vue en coupe d'un dispositif tel qu'il vient d'être décrit à l'aide des figures 2 et 3 et met bien en évidence le rôle du substrat 13 et des divers composants ou éléments de composants réalisés en regard de part et d'autre du substrat. Un deuxième-exemple de circuit réalisé conformément à l'invention est décrit ci-dessous. Le schéma électrique correspondant est représenté sur la figure 5. Il s'agit d'un coupleur constitué par un réseau de condensateurs et d'inductances montés entre des plans de masse et des lignes de transmission. Les figures 6 et 7 représentent respectivement la première et la seconde face 10 et 11 d'un substrat isolant qui est lui-mêmeplus visible sur la figure 8 (vue en coupe du dispositif représenté sur les figures 6 et 7) et qui porte la réference 53.Sur la première face 10 du substrat initialement métallisée, selon le même procédé qui a été décrit à propos de l'exemple précédent, on isole des zones métallisées correspondant à la seconde armature b60, br, b67 des condensateurs 60, 64 et 67 ainsi que des zones correspon- dant aux prerières armatures a615 a65, a68 des condensateurs 61, 65 et 68.L'armature b60 est reliée à l'armature a61,- l'armature b64 est reliée à l'armature a65, enfin l'armature b-67 est reliée à l'armsture a68 Une inductance 200 reliée à l'armature a61 d'une part et à l'armature a65 d'autre part au moyen d'un fil de connesion 205 est également réalisée sur la face 10 du substrat isolant. De trime une inductance 201 est montée entre l'armature a65 et l'ar- ture a68 du condensateur 68, au moyen d'un fil de connexion 206. Enfin, une zone métallisée 103 est réservée à la surface de cette face 10. Elle servira, comme le montrera la description ultérieure, de plan de masse et dtarmature commune aux condensateurs 62, 66 et 69. Sur la seconde face 11 au substrat isolant, toujours selon les mêmes procédés de photogravure explicités plus en détail précédemment, sont réalisées les armatures a62, a66, a69 des condensateurs 62, 66 et 69 ; les armatures b61, b65, b68 des condensateurs 61, 65 et 68 ainsi que les inductances 210 et 211 reliées d'une part respectivement aux armatures b61 pour l'inductance 210 et b pour l'inductance 211 et d'autre part, au moyen des conne 65 xions 212 et 213 aux armatures b65 pour l'inductance 210 et b68 pour l'inductance 211. Comme sur la face 10 et selon une caractéristique importante de l'invention,-une zone métallisée 102 est réservée sur cette face 11.Cette zone 102 joue le double rôle de plan de masse et d'armatures communes pour les condensateurs 60, 64 et 67 > soit a60, a64 et a67. Les deux plans de masse 102 et 103 sont reliés entre eux par le circuit de connexion d'utilisation. Les connexions E100 et S100 (Figu e 5) représentant l'entrée et la sortie d'une ligne 100 de transmission sont reliées aux armatures a61 et a68 situées sur la face 10 et les connexions E101 et S101 (correspondant à une seconde ligne de transmission 101) aux armatures b61 et b68 réalisées sur la face 11. Le procédé selon l1nvention présente une grande souplesse de réalisation et permet d'obtenir toutes les géométries de composants désirées. Dans le cas d'un schéma conforme à celui qui est représenté sur la figure 5, par exemple, si les valeurs des capacités des condensateurs 60 et 67 sont égale à C1, celle du condensateur 64 est égale à 2C1. De meme si les valeurs des capacités des condensateurs 61 et 68 sont égales à C2, celle du condensateur 65 est égale à 2C2. Le même rapport existe entre les capacités des ondensateurs 62 et 69 d'une part, et le condensateur 66 d'autre part. Ce rapport entre les'différentes valeurs des capacités se retrouvent sur les figures 6 et 7 sous la forme des dimensions respectives des armatures concernées. Les exemples décrits portent sur la fabrication d'un coupleur et d'un filtre passe-haut, mais il est également possible de réaliser un grand nombre de circuits, en parbiculier, des circuits comportant des résistances telles que des diviseurs de puissance, par exemple. Selon une des caractéristiques importantes de l'invention, les deux~faces du substrat isolant portent l'une et l'autre au moins un composant passif ou au moins un élément constitutif d'un tel composant et une zone métallisée. Celle-ci peut jouer le rôle de masse ou un rôle d'élément de composant, en particulier un rôle d'armature de condensateur parfois commune à plusieurs condensateurs, comme c'est le cas dans chacun des exemples décritsprécé- demment. Elle peut également jouer les deux rôles à la fois. De plus, une autre caractéristique importante de l'invention réside dans le fait suivant. Les deux faces du substrat isolant sont utilisées pour recevoir les composants passifs d'une part. Comme il est possible, de positionner rigoureusement de part et d'autre du substrat les zones métallisées, il s'ensuit d'autre part la possibilité d'obtenir entre deux composants selfiques une inuuc- tance mutuelle, telle que schématisée par les flèches sur la figure 5. Ces zones métallisées dont certaines parties sont disposées en regard 11 une de l'autre de part et d'autre du substrat peuvent également constituer les armatures supérieures et inférieures de condensateurs dont la couche diélectrique est alors constituée par le substrat lui-meme. Comme cela a été dit précédemment l'invention permet de réaliser un grand nombre de types de circuits à composants passifs capables de remplir toutes fonctions électriques passives. Les circuits fabriqués selon l'invention présentent des qualités de compacité exceptionnelles, de réalisation rapide avec un excellent rendement de fabrication. REVENDICATICNS 1. El'ement de microcircuit comportant des composants passifs réalisés sur un substrat isolant présentant deux faces parallèles, caractérisé en ce que la première et la seconde face dudit substrat portent, l'une et l'autre au moins une première zone métallisée et au moins une seconde zone métallisée, isolée -de ladite première zone et formant au moins un desdits composants ou au moins un élément constitutif d'un desdits composants. 2. Elément de microcircuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première zone métallisée constitue un plan de masse. 3. Elément de microcricuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première zone métallisée joue un râle double, celui de plan de masse et celui d'au moins un élément constitutif de l'un desdits composants. 4. Elément de microcircuit selon l'une des revendications f et 3, caractérisé en ce qu'une partie de ladite première zone métallisée située sur une première desdites faces dudit substrat est positionnée en regard d' u moins une partie ladite seconde zone métallisées situées sur la seconde desdites faces dudit substrat. 5. Elément de microcircuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie de ladite seconde zone métallisée est une armature de condensateur. 6. Elément de microcircuit selon-la revendication 5, caractérisé en ce qu'une partie de ladite première zone métallisée située sur la première face dudit substrat est positionnée en.regard d'au moins une armature de condensateur située sur la seconde face dudit substrat. 7. Elément de microcircuit selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce qu une partie ladite seconde zone métallisée- est une inductance. 8. Elément de microcircuit selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins une inductance située sur la première face dudit substrat est positionnée en regard d'une inductance située sur la seconde face dudit substrat. 9. Elément de microcircuit selon l'une des revendications 1 et 2, 3 et 4, caractérisé en ce qu'une partie ait ladite seconde zone métallisée est une résistance. 10. Elément de microcircuit selon l'une des rewenlicaticr.s précédentes, caractérisé e ce que lesdites première et seconde zones métallisées sont électriquement connectées entre elles. 11. Elément de microcircuit selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il réunit l'ensemble des composants passifs et partie des connexions d'un circuit répondant à une fonction élec- trique déterminée 12. Elément de microcircuit selon la revendication 11, carac terse en ce que ladite fonction est celle d'un coupleur. 13. Elément de microcircuit selon la revendication 11, carac térisé en ce que ladite fonction est celle d'un filtre. 14. Elément de microcircuit selon la revendication 11, carac térisé en ce que ladite fonction est celle d'un diviseur de puissance. 15. Dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément de microcircuit selon l'une des revendications précédentes.