Brevet FR2454189A1 — publié le 19801107

La présente invention concerne les lignes électriques à retard et plus précisément une ligne sous forme microminiature convenant aux applications des circuits hybrides. I1 existe actuellement sur le marché de nombreuses lignes électriques à retard sous forme de boîtiers de circuits intégrés à deux rangées de connexions. Cependant, il n'existe pas de ligne à retard sous 'orme de circuit paillette convenant aux applications des circuits hybrides. L'invention concerne de façon générale une ligne électrique à retard dans laquelle au moins une paire de selfs microminiatures montéesen série est placée entre des couches d'une matière diélectrique qui est à son tour placée entre des couches de "Permalloy" ou d'un autre alliage ayant une perméabilité élevée, l'une de ces dernières couches formant une bande disposée au-dessus des selfs et interrompue au niveau de chaque self afin qu'elle délimite un espace au niveau de l'axe central de chaque self. Gracie à cette caractéristique fondamentale, l'invention permet la réalisation d'une ligne électrique microminiature à retard convenant aux circuits hybrides. L'invention concerne aussi une ligne à retard du type décrit qui a une construction simplifiée et dont la fabrication est peu croûteuse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue partielle en plan agrandie d'une ligne électrique à retard selon l'invention - la figure 2 est une coupe partielle suivant la ligne 2-2 de la figure I ; - la figure 3 est une coupe agrandie représentant un mode de réalisation avantageux de self incorporé à la ligne à retard ; - la figure 4 est une vue en plan d'une ligne àre- tard sous forme d'un circuit paillette, selon l'invention - la figure 5 est un schéma électrique d'un nombre indéterminé de tronçons d'un filtre à tronçons en T, utilisé dans la ligne à retard selon l'invention ; et - les figures 6 à 15 sont des vues en plan représentant schématiquement les étapes successives utilisées avantageusement pour la formation de la self représentée sur la figure 3. Comme indiqué sur la figure 5, la ligne à retard selon l'invention a un filtre à tronçons en T comprenant deux selfs 8 montées en série (figures 1 à 4) ayant une inductance L1 et une inductance mutuelle ^{ entre selfs, et une capacité C1 formant shunt. La ligne à retard peut comprendre tout nombre voulu de tronçons, seulesl'atténuationoules pertes qui sont tolérables limitant ce nombre. Selon l'invention, la ligne à retard est construite sur un substrat 10 de quartz, de verre, ou d'une autre matière diélectrique, convenant avantageusement au dépôt de couches minces des différents éléments de la ligne à retard compile décrit dans la suite, le substrat supportant cette construction. Selon l'invention, le dépôt de couches minces se rapporte à des dépôts réalisés par mise en oeuvre des techniques de fabrication des circuits imprimés, ainsi que par les techniques de dépôt en phase vapeur. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3 785 046 décrit un procédé de dépôt en phase vapeur qui est particulièrement avantageux.Cette technique permet l'application des diverses couches à l'aide de caches qui délimitent les configurations des zones sur lesquelles les dépôts en phase vapeur d'un métal conducteur et d'une matière diélectrique doivent être réalisés. Comme indiqué, une couche 12 de "Permalloy", de mumétal ou d'un autre métal convenable ayant une perméabilité élevée, est déposée sur toute la surface du substrat 10 et est liée à ce substrat. La couche constitue un trajet de retour pour le circuit magnétique ainsi qu'un plan de masse pour les capacités de la ligne à retard. Une épaisseur qui convient pour cette couche est d'environ 5 000 A. Une couche 14 de silice, de nitrure de silicium, de quartz ou d'une autre matière diélectrique convenable est déposée et liée à toute la surface de la couche 12 de métal de perméabilité élevée. Corme indiqué dans la suite,l'épaisseur de cette couche peut varier. Ensuite, une paire de bornes conductrices 16 et 18 est déposée sur la couche diélectrique 14, près d'une face du substrat, et ces bornes sont utilisées lorsque la ligne à retard coopère avec des circuits hybrides associés. Le cas échéant, ces bornes peuvent être prolongées sur la face arrière du substrat 10 afin qu'elles permettent le montage d'un circuit hybride sur cetteface arrière. Le plan 12 de masse formé d'un métal de perméabilité élevée assure un isolement efficace du circuit hybride par rapport à la ligne à retard. Ensuite, une paire de selfs microminiatures 8 est montée sur la couche diélectrique 14 et est fixée à celle-ci. Comme indiqué sur la figure 4, 10 selfs sont placées sur le substrat, en deux rangées. Comme indiqué sur la figure 3, chaque self comprend plusieurs spires coaxiales superposées 20 formées par une couche métallique conductrice de l'électricité, avec des spires adjacentes isolées électriquement les unes des autres par une couche intermédiaire 22 d'une matière diélectrique. Les spires interne et externe se prolongent latéralement en sens opposés et forment des bornes 24 et 26 d'extrémité. Toutes les selfs 8 formant la ligne à retard et dont 10 sont représentées sur la figure 4 sont formées simultanément, mais à distance suivant un dessin voulu, à l'aide de caches convenablement réalisés. Les figures 6 à 15 représentent schématiquement les différentes étapes utilisées successivement pour la formation de la tête représentée sur la figure 3. Ainsi, un premier cache est utilisé pour le dépôt en phase vapeur du segment initial 30 de spire conductrice de l'électricité. Dans le mode de réalisation représenté, ce segment a une borne dépassant latéralement 24 dont une partie recouvre une partie de l'une des bornes 16 et 18, par exemple la borne 18. Ensuite, à l'aide de caches convenables, une couche de quartz ou d'une autre matière diélectrique convenable 32 est déposée en phase vapeur sur une partie intermédiaire du segment 30 (figure 6) et laisse une partie antérieure d'extrémité du segment exposée en vue de la connexion d'une partie postérieure du segment suivant 34 de spire conductrice (figure 7). Ce dernier segment recouvre la couche diélectrique 32. Ensuite, une seconde couche diélectrique 36 (figure 8) est déposée sur la partie postérieure du segment conducteur 34. Le cache utilisé pour ce dépot est pratiquement identique à celui qui est utilisé pour la formation de la preiière couche diélectrique 32, le dessin étant tourné de 1800 afin que la partie antérieure du segment conducteur 34 placée au dessous soit exposée et permette la connexion à la partie postérieure du segment suivant 38. La configuration de ce dernier segment est pratiquement identique à celle du segment précédent 34, mais avec rotation de 1800. Des couches diélectriques successives 40, 44, 48, 52, 56, 60 et 64 et des segments conducteurs 42, 46, 40, 54, 58 et 62 sont déposés de façon alternée (figures 9 à 14) à laide de caches qui permettent le dépôt des segments de couches conductrices et des couches diélectriques comme décrit précédemment, donnant le nombre voulu de spires pour chaque self 8. Dans le mode de réalisation des figures 6 à 15, la séquence permet le dépôt de quatre spires et demie de métal conducteur, chaque spire étant séparée électriquement des autres par une couche intermédiaire de matière diélectrique. La self est terminée par addition du segment conducteur final 66 et de la borne 26, opposée à la borne initiale 24. Comme indiqué sur la figure 15, l'opération est réalisée avec un cache ayant une ouverture de forme analogue à celle du cache qui a formé le premier segment 30 et la borne reliée 24, mais avec une rotation de 1800. I1 faut évidemment noter que, lors de la fabrication de la ligne à retard représentée sur la figure 4, ayant 10 selfs distantes, les caches indiqués au cours de la séquence représentée sur les figures 6 à 15 ont des orifices de configuration permettant les dépôts simultanés nécessaires à la production des 10 spires. La borne 26 de la self finale 8, placée en face de la self initiale, est déposée afin qu'elle recouvre la seconde borne de la paire 16, 18, par exemple la borne 16, initialement déposée sur la couche diélectrique 14, et soit en contact électrique avec elle. Les bornes 24, 26 en regard des selfs adjacentes 8 sont reliées électriquement par une liaison 68 d'une couche métalli que conductrice telle que l'aluminium, l'or ou un autre métal convenable. Les selfs sont ainsi reliées en série. Ensuite, une seconde couche de silice, de quartz ou d'une autre matière diélectrique convenable est déposée sur les selfs 8 montées en série ainsi que sur les liaisons 68 et la première couche adjacente 14 de matière diélectrique. Cette couche 70 s'arrête à une faible distance des bornes 16 et 18 d'extrémité comme indiqué sur la figure 4. Enfin, une bande allongée 72 de "Permalloy" ou d'un autre métal de perméabilité élevée, est déposée sous forme d'une couche ayant avantageusement aussi une épaisseur d'environ 5 000 A, sur la seconde couche 70 de matière diélectrique, le long de l'axe central des selfs 8 montées en série. Cette bande étroite de métal de perméabilité élevée est interrompue au niveau de chaque self et laisse un espace 74 au niveau de l'axe de chaque self. A cet égard, il faut noter que les spires des selfs sont empilées les unes sur les autres concentriquement autour d'un axe central qui est perpendiculaire à la surface de support du substrat 10. La bande 72 de "Permalloy" ou d'un autre métal de perméabilité élevée, placée entre les centres des selfs adjacentes, coopère avec la couche 12 de métal de perméabilité élevée placée sous les selfs, pour la détermination de l'inductance mutuelle M nécessaire. La valeur voulue pour cette inductance mutuelle est obtenue par variation de la largeur de la bande 72 et de la longueur des espaces 74 au centre des selfs L'épaisseur des couches diélectriques 14 et 70 a aussi un effet sur l'inductance mutuelle. La capacité C1 de chaque tronçon de ligne à retard est représentée par la capacité formée entre le plan de masse 12 de métal très perméable et la face inférieure de la self, comprenant la surface des bornes 24 et 26 et de la liaison 68 reliant les bornes d'extrémité de deux selfs adjacentes. Cette capacité peut être modifiée par variation de l'épaisseur de la couche diélectrique 14 au-dessus du plan de masse et de la surface de la liaison conductrice 68. On considère maintenant un exemple particulier de ligne à retard. On suppose que l'inductance L1 du filtre est de 45 nH. Dans le cas d'un filtre en T ayant une impédance caractéristique Zn, les relations entre L1, C1 et Z0 sont les suivantes: L1 = 0,515 L, C1 = 1,26 C et M = 0,234 L, L et C étant l'inductance et la capacité par tronçon de filtre à K constant. Si l'on suppose que Z a une valeur de 100 Q, on a C1 = 1,27 z 2 = 11,1 pF. o Lorsque plusieurs tronçons de filtre sont reliés en série afin qu'ils donnent le retard voulu, chaque self 8, sauf cellesdes extrémités de la série, a l'inductance 2L1. En conséquence, toutes les selfs, mis à part aux deux ex trémités, doivent avoir une inductance de 90 nH et les deux selfs d'extrémité ont une inductance de 45 nH chacune. Comme indiqué précédemment,la bande magnétique 72 et la couche 12 de "Permalloy" ou d'un autre métl très perméable assurent le couplage mutuel des deux selfs adjacentes. Ces couches accroissent aussi l'inductance de chaque self. Pour une largeur convenable de la bande 72 et une longueur convenable de l'espace 74, l'inductance mutuelle et l'inductance propre peuvent varier indépendamment. En conséquence, toutes les selfs peuvent avoir le même nombre de spires, ce qui facilite la fabrication. Les selfs d'extrémité peuvent avoir une inductance L1 égale à la moitié de celle des autres selfs 2L1, grâce à la variation du degré d'accentuation magnétique. L'opération est facilement réalisée car les selfs d'extrémité n'ont qu'une bande magnétique 72 qui les relie au lieu de deux dans le cas des autres selfs. On suppose aussi que la largeur des liaisons 68 est égale à celle des bornes d'extrémité 24 et 26. On les a re présentées plus étroites sur la figure 1 par raison & clarté. La surface totale A1 de la self, des bornes d'extrémité et de la liaison placées directement sur la couche diélectrique 14 de silice est de 7,61.10-3 cm, et la surface A2 de la partie de la seconde demi-spire 34 qui recouvre la couche diélectrique 14 mais non la première demi-spire 30 (figure 7), comme indiqué par la référence ABCDEF est de 0,967.10- cm2. Ainsi, la capacité nécessaire par tronçon est A1 2 C1 = 0,8842K(d1 + d1 + d2) = 11,1 pF K représentant la constante diélectrique de la silice, supposée être égale à 6, dl étant l'épaisseur de la couche 14 de silice au-dessus du plan 12 de masse et d2 étant l'épaisseur de la couche de silice de 5.10 4 cm2 déposée entre les spires des selfs. Comme la surface A2 est inférieure à la surface A1 et permet ainsi d'éviter la résolution de l'équation quadratique, on peut obtenir une valeur approximative de l'épaisseur d à l'aide de la formule A1+A2 o d1 = 0,08842K C 2 - 41 000 A On note alors que le temps de retard obtenu par tronçon est égal à tl = 1,20 LC = 1,049 ns Ainsi, pour un temps total de retard de 9 ns, le nombre de tronçons entiers de ligne à retard est égal à 9. Comme indiqué sur la figure 4, 10 selfs microminiatures 8 sont disposées à cet effet en deux rangées de 5 selfs chacune, sur une pailette qui a une longueur d'environ 1 cm et une largeur de 0,25 cm. La description qui précède montre que l'invention concerne une ligne microminiature à retard de construction simplifiée pouvant être fabriquée de façon peu coûteuse, convenant auscir- cuits hybrides et dans laquelle les valeurs de l'inductance mututelle et de la capacité par tronçon peuvent varier à volonté, par modification des dimensions des différents composants en cours de fabrication. I1 et bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. En particulier, les dimensions, configurations, types, nombres et disposition de composants décrits précédemment peuvent varier. REVENDICATIONS 1. Ligne électrique microminiature à retard, caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble intégré solide en une seule pièce comprenant une première couche d'un métal de perméabilité élevée, une première couche d'une matière diélectrique placée au-dessus de la première couche de métal de perméabilité élevée et liée à cette couche, plusieurs selfs microminiatures montées en série, placées sur la première couche de matière diélectrique et liées à cette couche, une seconde couche de matière diélectrique placée au-dessus des selfs et liée à celles-ci et une seconde couche de métal de perméabilité élevée, sous forme d'une bande étroite placée au-dessus de la seconde couche de matière diélectrique et liée à cette seconde couche, la seconde couche de métal de perméabilité élevée suivant l'axe central des selfs montées en série, la seconde couche étant interrompue au niveau de chaque self afin qu'elle délimite un espace au niveau de l'axe de chaque self. 2. Ligne à retard selon la revendication 1, caractériséeen ce qu'elle comprend un substrat d'une matière diélectrique placée au-dessous de la première couche de métal de perméabilité élevée et liée à cette première couche. 3. Ligne à retard selon la revendication 1, caractérisée en ce que les selfs sont espacées suivant une ligne, chaque self ayant un axe central perpendiculaire au plan du substrat et ayant des bornes opposées d'extrémité dépassant dans des sens opposés par rapport à la self, sur ladite ligne, et un métal conducteur de l'électricité relie les bornes d'extrémité en regard des selfs adjacentes. 4. Ligne à retard selon la revendication 2, caractérisée en ce que le substrat est formé de quartz, les couches de métal de perméabilité magnétique élevée sont formées de "Permalloy", et les couches de matière diélectrique sont formées de silice.