Brevet FR2508242A1 — publié le 19821224

PROCEDE DE FABRICATION COLLECTIVE DE CHARGES RESISTIVES EN TRES HAUTE FREQUENCE ET CHARGE RESISTIVE FABRIQUEE PAR CE PROCEDE L'invention concerne un procédé de fabrication de charges résistives pour lignes de transmission présentant un taux d'ondes stationnaires minimal en très haute fréquence. Elle concerne aussi la charge résistive fabriquée par un tel procédé. On réalise fréquemment de telles charges résistives, de valeur égale au module de l'impédance caractéristique de la ligne de transmission, sous la forme d'un dépôt gravé sur un isolant, notamment d'une couche d'alliage de nickel et de chrome déposée sur une céramique isolante. Cette technique est utilisée notamment dans le cas des lignes du type "microbande" (de l'anglais "microstrip") par exemple dans la fabrication des coupleurs directifs dans lesquels il existe une vqie dite "découplée" où toute l'énergie hyperfréquence doit être absorbée, et cela même dans des bandes de fréquences s'élevant jusqu'à 20 GHz. Elle est applicable également aux lignes d'un type analogue à deux plans de masse (en anglais "stripline") et aux lignes coplanaires. Dans tous les cas la charge absorbante doit répondre à deux exigences: 1 / avoir une impédance dont la partie réelle est égale à l'impédance caractéristique de la ligne; 2 / avoir une partie imaginaire aussi voisine que possible de zéro. La première condition est facile à réaliser, dans le cas des charges déposées par gravure directe sur la ligne microbande en utilisant un procédé classique d'ajustage qui peut être l'érosion au jet de sable ou l'attaque par rayon laser. La deuxième condition est plus difficile à réaliser car on observe des effets capacitifs ou inductifs provenant de la surface non négligeable et des irrégularité de la couche de nickel-chrome. On ne peut diminuer cette surface soit en largeur, soit en longueur, soit dans les deux dimensions sans observer certains inconvénients. D'une part, en effet, une couche plus mince de nickel-chrome, donc plus résistive et donc de moindre surface ne peut supporter certaines dissipations thermiques, ce qui limite la tenue en puissance du dispositif ; d'autre part, la longueur de la ligne résistive ainsi constituée doit être beaucoup plus petite que la demi-longueur d'onde. L'invention vise à remédier à ces inconvénients en permettant de réaliser, par un procédé de fabrication en grand nombre, une charge résistive de type localisé, c'est à dire courte par rapport à la longueur d'onde, même à des fréquences aussi élevées que 10 GHz, et présentant une partie réactive aussi voisine que possible de zéro. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes: a) réalisation d'une rondelle semiconductrice d'épaisseur inférieure au dixième de millimètre, de résistivité inférieure à 0,01 ohm-cm présentant deux grandes faces; b) métallisation et traitement thermique des deux grandes faces de la rondelle de façon à réaliser deux contacts ohmiques ; c) formation, sur une première grande face, de dépôts de poudre de verre à grain fin, de diamètre moyen compris entre 2 et 10 microns, ces dépôts étant d'une épaisseur supérieure à 25 microns, et de dimensions longitudinales petites par rapport à celles de la rondelle; d) dépôt d'une couche de métal ou d'alliage de résistivité supérieure à 50 micro-ohms.cm sur chacun des dépôts formés à l'étape (c);; e) dépôt d'un contact ohmique par métallisation d'une petite partie de la surface du dépôt réalisé à l'étape (d) ; f) dépôt d'un contact ohmique sur la grande face opposée à la première face; g) découpage de la rondelle en parties comportant chacune un seul dépôt de métal ou d'alliage résistif. L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparaitront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels: Les figures 1 à 5 représentent différentes étapes du procédé selon l'invention. Les figures 6 et 7 représentent respectivement en vue par dessus et en coupe un exemple de charge résistive fabriquée selon le procédé de l'invention. La figure 8 représente une variante de l'invention. A titre d'exemple, les opérations des différentes étapes sont les suivantes: A la première étape, on part d'une rondelle 1 de silicium monocristallin dopé de façon à présenter une résistivité de l'ordre de 0,001 ohm-cm et ayant reçu un traitement de poli mécano-chimique sur ses deux grandes faces. A la deuxième étape, on procède au dépôt par pulvérisation cathodique de couches de platine 2 et 3 épaisses de 500 angströms sur les deux faces puis à un traitement thermique à 4500C pour transformer le platine en siliciure de platine. A la troisième étape, on procède au dépôt de verre en poudre à grain très fin, par exemple de diamètre moyen de 2 à 3 microns, sous forme d'une multitude de petits amas 4 rangés en lignes et en colonnes (figure 5) de façon à faciliter l'étape finale de découpage de la rondelle en fragments comportant chacun une charge résistive. Chaque amas est par exemple un rectangle de 200 microns sur 300 microns, d'une épaisseur de 30 microns. Ce dépôt peut être effectué soit par sérigraphie en enrobant les grains de verre dans un liant que l'on élimine ensuite par traitement thermique, soit par électrophorèse effectuée après masquage de la rondelle. L'épaisseur de la couche, dans chaque dépôt, est contrôlée de manière à être comprise entre 25 microns et, par exemple, une centaine de microns. Le verre utilisé est par exemple un verre en zinc à faibles pertes diélectriques en haute fréquence et à coefficient de dilatation voisin de celui du silicium. A la quatrième étape, on dépose une bande de nickel-chrome, par exemple par pulvérisation cathodique d'un alliage de nickel (80%) et de chrome (20%), après masquage de la rondelle à l'aide d'un produit de photogravure. La bande présente une longueur L, une largeur I, une épaisseur e. Ces dimensions sont déterminées de manière à ce que la résistance R en ohms, par exemple 50 ohms, soit effectivement celle qui résulte de l'applicatior de la formule: L e.1 dans laquelle p représente la résistivité de l'alliage nickel-chrome. D'autre part, on tient compte des conditions suivantes: 1 ) L'impédance caractéristique de la ligne constituée par la couche résistive doit différer assez peu de l'impédance caractéristique de la ligne de transmission microbande à équiper de la charge. C'est ainsi que si cette dernière est de 50 ohms et si la couche résistive est déposée sur un "amas" de 30 microns d'épaisseur constitué par du verre de constante diélectrique relative égale à 6, la largeur 1de la ligne résistive doit être de 20 microns. Toutefois, on peut avoir avantage à augmenter légèrement cette largeur en vue de compenser l'inductance de la connexion (par ruban) entre la ligne proprement dite et la charge résistive. En effet cette aumentation de la largeur revient à ramener une capacité de compensateur. 20) La longueur L de la ligne constituée par la couche résistive doit être négligeable devant la longueur d'onde dans le diélectrique de la charge (par exemple verre de constante diélectrique 6). A titre d'exemple, pour une ligne de 50 ohms, et une couche d'alliage nickel-chrome de résistivité: p= 120.10-6 ohm-cm, on devra choisir une épaisseur d'alliage de 2.400 angströms. Pour améliorer la précision du dépôt de nickel-chrome on utilise le procédé de photogravure connu sous le nom de "lift-off", dans lequel le masque en résine est gravé en creux à l'emplacement de la bande 5 d'alliage à réaliser, la métallisation a lieu sur l'ensemble de la rondelle et l'excès de métal déposé est éliminé en dissolvant la résine du masque recouverte d'alliage, ce qui provoque également l'élimination de celui-ci. A la cinquième étape, on procède au dépôt d'un plot de connexion, destiné au raccordement avec le conducteur de la ligne microbande à équiper d'une charge résistive, en formant à l'emplacement prévu pour ce plot un contact ohmique. On dépose à cet effet trois couches successives constituées respectivement par du titane sous 1000 angströms d'épaisseur du platine sous une épaisseur du même ordre et de l'or sous une épaisseur de 5000 angströms. A lavsixième étape, on complète le contact ohmique 2 par une triple couche métallique, analogue à celle du plot 6. A la septième étape, on effectue la séparation des éléments de charge résistive en découpant la rondelle suivant des droites XX et YY passant entre les bords voisins de dépôts 4 supportant la charge résistive 8. On obtient ainsi des éléments rectangulaires de dimensions 400 microns sur 300 microns. A titre d'exemple, on a représenté, à la figure 6 une vue par dessus d'une charge résistive comportant un amas 4 de verre de dimensions 200 sur 300 microns, avec une épaisseur de 30 microns, une bande résistive 5 de 200 microns de longueur, de 2400 angströms d'épaisseur et de 20 microns de largeur sauf dans la partie 51 où elle s'épanouit sur le substrat 60 en formant un carré de 30 microns de côté. A l'extrémité opposée de la bande on trouve un plot 6 de connexion formant un carré de 25 microns de côté. Le substrat 60 forme un rectangle de 300 microns sur 400 microns. On a tracé en AA, figure 6, l'emplacement d'un plan de coupe perpendiculaire aux grandes faces du substrat. La coupe est représentée à la figure 7. A la figure 8, on a représenté une variante de la charge résistive obtenue par un procédé dans lequel, à la première étape on a réalisé, par exemple par gravure chimique, une dépression 80 dans laquelle à la troisième étape, on a déposé le verre de l'amas 4. Le but est d'obtenir une surface plane pour recevoir, à la troisième étape, la bande 5 de nickelchrome. Parmi les avantages de l'invention on mentionnera, outre le faible coefficient de température de la valeur ohmique de la bande 5 de nickelchrome (250.10#6 par degrés Celsius): 1 / La diminution de résistance parasite provenant de la présence d'un substrat 1, grâce à la réalisation préalable de la mince couche 2 de siliciure de platine (conducteur) pouvant jouer le rôle de plan de masse, particulièrement utile en très haute fréquence. 201 La possibilité de réduire le coût de fabrication par l'utilisation d'un procédé collectif. 30/ Le fait que la charge résistive ainsi réalisée constitue un composant auton3me, dont les caractéristiques sont spécialement étudiées, par exemple pour l'utilisation à 10 GHz, pour équiper des lignes de transmission d'équipements complexes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication collective de charges résistives en très haute fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) réalisation d'une rondelle semiconductrice (I) d'épaisseur inférieure au dixième de millimètre, de résistivité inférieure à 1 ohm-cm présentant deux grandes faces; b) métallisation et traitement thermique des deux grandes faces de la rondelle de façon à réaliser deux contacts ohmiques (2,3); c) formation, sur une première grande face, de dépôts (4) de poudre de verre à grain fin, de diamètre moyen compris entre 2 et 10 microns, ces dépôts étant d'une épaisseur supérieure à 25 microns, et de dimensions longitudinales petites par rapport à celles de la rondelle;; d) dépôt d'une couche de métal (5) ou d'alliage de résistivité supérieure à 50 micro-ohms.cm sur chacun des dépôts formés à l'étape (c) ; e) dépôt d'un contact ohmique (6) par métallisation d'une petite partie de la surface du dépôt réalisé à l'étape (d) ; f) dépôt d'un contact ohmique (7) sur la grande face opposée à la première face; g) découpage de la rondelle en parties comportant chacune un seul dépôt de métal ou d'alliage résistif. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que: - à l'étape (a), la rondelle (1) est en silicium monocristallin dopé de façon à présenter une résistivité de l'ordre de 0,001 ohm-cm et qu'elle a reçu un traitement de poli mécano-chimique: - à l'étape (b) on dépose, par pulvérisation cathodique sur les deux grandes faces des couches de platine de faible épaisseur et l'on fait subir à la rondelle ainsi recouverte un traitement thermique à 4500 ; - à l'étape (c) les amas de verre (4) sont déposés soit par sérigraphie après incorporation d'un liant, soit par électrophorèse; - à l'étape (d), on dépose par pulvérisation cathodique du nickelchrome en couche d'épaisseur prédéterminée sur une surface calculée en fonction de la résistance de charge à réaliser; ; - à l'étape (e) on dépose des couches successives de titane, de platine et d'or; - à l'étape (f) on a déposé des couches analogues à celles de l'étape précédente. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'à ltëtape (a) on réalise sur l'une des grandes faces du substrat une dépression (80) destinée à contenir l'amas de verre. 4. Charge résistive fabriquée par un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une bande (5) d'alliage résistif de longueur négligeable devant la longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement, de largeur plus petite que la longueur et d'épaisseur beaucoup plus petite que la largeur.