Brevet FR2524712A1 — publié le 19831007

"CIRCUIT HYPERFREQUENCE A CONDENSATEUR INTEGRE ET APPLICATION A UN CIRCUIT D'ALIMENTATION " La présente invention concerne un circuit hyper- fréquence comportant au moins un composant semiconducteur nu placé du côté d'une première face d'un substrat isolant, une deuxième face de ce substrat, opposée à la première, étant au moins partiellement métallisée pour constituer un plan de masse, le composant semiconducteur nu présentant des électrodes munies, chacune, d'au moins une borne de sortie, une des électrodes, dite première électrode, étant destinée a être reliée électriquement au plan de masse par l'intermé- diaire d'un élément capacitif, la connexion électrique au plan de masse étant en partie réalisée par au moins un trou métallisé traversant le substrat isolant Elle concerne également une application d'un circuit hyperfréquence selon l'invention à une alimentation d'un transistor à effet de champ. L'invention trouve une utilisation particulière- ment avantageuse dans le domaine des circuits fonctionnant dans la gamme des hyperfréquences et, notamment, les circuits comportant des transistors à effet de champ. Dans les circuits actuellement connus, du type de celui décrit dans le préambule, on dispose généralement le composant semiconducteur nu directement sur la plage conductrice réalisée sur la première face du substrat isolant. Les bornes de sortie des électrodes du composant semiconduc- teur nu sont ensuite cablées par des fils aux autres compo- sants du circuit; c'est le cas, en particulier, de la liai- son électrique entre la première électrode et l'élément capacitif Or, le cablage par fils est une opération délica- te, longue lorsque les bornes de sortie sont nombreuses, et donc coûteuse D'autre part, cette technologie connue n'as- sure pas toujours une bonne reproductibilité des connexions électriques. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient en supprimant le cablage par fils au niveau des bornes de sortie du composant semiconducteur nu. En effet, selon la présente invention, un circuit hyperfréquence comportant au moins un composant semiconduc- teur nu placé du côté d'une première face d'un substrat isolant, une deuxième face de ce substrat, opposée à la première, étant au moins partiellement métallisée pour cons- tituer un plan de masse, le composant semiconducteur nu présentant des électrodes munies, chacune, d'au moins une borne de sortie, une des électrodes, dite première électrode, étant destinée à être reliée électriquement au plan de masse par l'intermédiaire d'un élément capacitif, la connexion électrique au plan de masse étant en partie réalisée par au moins un trou métallisé traversant le substrat isolant, est notamment remarquable en ce que le composant semiconduc- teur nu est fixé sur un intermédiaire de cablage constitué par une plaquette d'un matériau diélectrique comportant, sur une première face, des piliers conducteurs sur lesquels sont directement soudées les bornes de sortie des électrodes du composant semiconducteur nu, chaque pilier correspondant à chacune des bornes de sortie de la première électrode étant prolongé par une nappe métallisée déposée sur la première face de la plaquette et constituant une première armature de l'élément capacitif, tandis qu'une deuxième face de la plaquette, opposée à la première, est fixée sur au moins une plage conductrice réalisée sur la première face du substrat isolant de façon à être adjacente à au moins un trou métallisé, ladite plage conductrice constituant une deuxième armature de l'élément capacitif. Ainsi, la fixation directe du composant semiconducteur nu par soudure des bornes de sortie aux piliers de l'inter- médiaire de cablage permet d'éviter le cablage par fils. D'autre part, l'invention offre la possibilité d'une mani- pulation plus aisée du composant semiconducteur nu dans la mesure o celui-ci se trouve placé sur un intermédiaire de cablage dont les dimensions peuvent être notablement supé- rieures à celles du composant lui-même; ce qui permet, en particulier, d'effectuer plus facilement des tests du compo- sant avant fixation de l'intermédiaire de cablage sur le substrat isolant Enfin, l'invention présente également l'avantage d'intégrer complètement l'élément capacitif, la plaquette de l'intermédiaire de cablage servant en même temps de diélectrique audit élément capacitif. Dans un exemple d'utilisation avantageuse de l'in- vention, le composant semiconducteur nu est un transistor à effet de champ et ladite première électrode est la source du transistor à effet de champ La suppression de fils de cablage entre la source et le plan de masse permet en effet d'éliminer l'impédance toujours néfaste introduite par lesdits fils Dans un certain nombre d'applications, on peut avoir intérêt à ce que l'élément capacitif ait une capacité élevée; il est alors prévu que le matériau diélec- trique constituant la plaquette de l'intermédiaire de cablage présente une constante diélectrique comprise entre 600 et 2000. Dans le but de diminuer la capacité de connexion, on envisage qu'une épargne est aménagée dans la plage con- ductrice, en regard du composant semiconducteur nu. Lorsque le composant semiconducteur nu est un tran- sistor à effet de champ, la possibilité de connecter la source au plan de masse par un élément capacitif de capacité élevée permet de prévoir une application d'un circuit hyper- fréquence selon l'invention à une alimentation de transistor à effet de champ, remarquable en ce que la source du transis- tor à effet de champ est mise à la masse, pour les hyperfré- quences, par ledit élément capacitif, tandis qu'une résis- tance de polarisation de valeur fixe, placée en parallèle sur l'élément capacitif, et coopérant avec un circuit stabilisa- teur définit un point de fonctionnement, en courant et en tension, indépendant du transistor à effet de champ. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. La figure 1 est une vue en coupe d'un circuit hyper- fréquence conforme à l'invention. La figure 2 est une vue de dessus de l'intermédiaire de cablage d'un circuit selon l'invention. La figure 3 montre en coupe un exemple de réalisation de la nappe métallisée et des piliers métalliques déposés sur la première face de la plaquette de l'intermédiaire de cablage. La figure 4 donne le schéma d'une alimentation utili- sant un-circuit hyperfréquence selon l'invention appliqué à un transistor à effet de champ. La figure 1 représente, en coupe, un circuit hyper- fréquence 11, comportant un composant semiconducteur nu 12 qui, dans le mode de réalisation de la figure 1, est un transistor à effet de champ réalisé, par exemple, en arsé- niure de gallium Ce transistor 12 est placé du côté d'une première face 13 d'un substrat isolant 14 d'alumine, par exemple Une deuxième face 15 de ce substrat, opposée à la première face 13, est au moins partiellement métallisée pour constituer un plan de masse 16 Le transistor à effet de champ 12 présente des électrodes appelées drain, grille et source, munies de bornes de sortie 17, 18 a, 18 b, 19 a, 19 b Dans l'exemple de la figure 1, la borne 17 correspond au drain du transistor, les bornes 18 a, 18 b à la grille et les bornes 19 a, 19 b à la source Une des électrodes du transis- tor, la source dans le cas de la figure 1, est destinée à être reliée électriquement au plan de masse 16 par l'inter- médiaire d'un élément capacitif 20, la connexion au plan de masse 16 étant en partie réalisée par deux trous métallisés 21, 22 traversant le substrat isolant 14 Comme on peut le voir à la figure 1, le transistor à effet de champ 12 est fixé sur un intermédiaire de cablage constitué par une pla- quette 24 d'un matériau diélectrique, comportant, sur une première face 25, des piliers conducteurs 27, 28 a, 28 b, 29 a, 29 b sur lesquels sont directement soudées les bornes de sortie 17, 18 a, 18 b, 19 a, 19 b des électrodes du transistor à effet de champ Chaque pilier 29 a, 29 b correspondant à chacune des bornes de sortie 19 a et 19 b de la source est prolongée par une nappe métallisée 30 a, 30 b, déposée sur la première face 25 de la plaquette 24 et constituant une première armature de l'élément capacitif 20, tandis qu'une deuxième face 26 de la plaquette, opposée à la première face 25 est fixée sur une plage conductrice 31 réalisée sur la première face 13 dw substrat isolant 14 De façon à assurer la continuité électrique avec le plan de masse 16, la plage conductrice 31 est adjacente aux trous métallisés 21 et 22. Comme on peut l'observer à la figure 1, la plage conductrice 31 constitue une deuxième armature de l'élément capacitif 20. Afin de diminuer la capacité de connexion une épargne 32 a été aménagée dans la plage conductrice 31, en regard du composant semiconducteur nu 12. La figure 2 est une vue de dessus de la plaquette 24 qui montre une disposition particulière des piliers conducteurs 27, 28 a, 28 b, 29 a, 29 b ainsi que des nappes métallisées 30 a et 30 b Comme le montre la figure 2, le pilier 27 est prolongé par une piste métallique 37, tandis que les piliers 28 a, 28 b sont reliés par une autre piste métallique 38 Ces pistes 37, 38 permettent de connecter respectivement le drain et la grille du transistor à effet de champ 12 à d'autres composants par l'intermédiaire des fils 47 et 48. La figure 3 est une vue partielle en coupe de l'in- termédiaire de cablage 23, montrant un exemple de réalisation des nappes métallisées 30 a et 30 b et des piliers conducteurs 29 a et 29 b qui, pour la clarté du dessin, sont les seuls représentés Sur la plaquette 24, sont d'abord réalisées, par photogravure, les nappes 30 a, 30 b, ainsi que les pistes 47, 48, après dépôt d'une première couche 41 a, 41 b obtenue par pulvérisation cathodique de nickel, de chrome et d'or, puis formation d'une deuxième couche 42 a, 42 b d'or déposé par voie électrolytique Au cours d'une deuxième opération de photo- gravure, les piliers 29 a, 29 b sont obtenus après dépôts galvaniques successifs d'excroissances 43 a, 43 b de cuivre et de couches de soudure étain-plomb 44 a, 44 b. La figure 4 donne sous forme de schéma un exemple d'application du circuit hyperfréquence 11 selon l'invention, a une alimentation du transistor à effet de champ 12 Dans cette application, la source S du transistor est mise à la masse 16, pour les hyperfréquences, par l'élément capacitif 20 qui doit, alors, présenter une capacité élevée C'est pourquoi il y a avantage à ce que le matériau diélectrique constituant la plaquette de l'intermédiaire de cablage pré- sente une constante diélectrique importante, comprise entre 600 et 2000 Parmi les matériaux susceptibles d'être utilisés figurent le verre, la céramique, le titamate de baryum Une résistance de polarisation R 5 peut ainsi être placée en parallèle sur l'élément capacitif 20 de façon à définir un point de fonctionnementen coopération avec le circuit sta- bilisateur 50, en courant et en tension, indépendant du transistor à effet de champ. En effet, par la présence du transistor bipolaire T, le circuit stabilisateur 50 maintient sensiblement constant le courant de drain ID du transistor à effet de champ 12. La résistance de polarisation R 5, elle-même traversée par un courant quasiment égal à ID' porte ainsi la source S à un potentiel sensiblement constant Le potentiel de drain étant fixe, la différence de potentiel V entre le drain et la source est donc également pratiquement constante Ainsi, le point de fonctionnement en courant ID et en tension VDS du transistor à effet de champ est fixé indépendamment des dispersions existant entre des transistors de même espèce et notamment les dispersions, parfois importantes, de la différence de potentiel V entre la grille G et la source S. A titre d'exemple de réalisation, les valeurs numériques des principaux paramètres du circuit de la figure 4 sont les suivantes V 8 Volts R 3 = 180 Ohms Rl = 2700 Ohms R 4 = 2200 Ohms R 2 = 6200 Ohms R 5 = 330 Ohms L'invention ne saurait être limitée au seul exemple donné aux figures 1, 2 mettant en oeuvre un transis- tor à effet de champ comme composant semiconducteur nu Il est bien entendu qu'elle peut être également réalisée à l'aide d'autres composants tels que des transistors bipolaires ou des diodes. REVENDICATIONS: 1 Circuit hyperfréquence ( 11) comportant au moins un composant semiconducteur nu ( 12) placé du côté d'une pre- mière face ( 13) d'un substrat isolant ( 14), une deuxième face ( 15) de ce substrat, opposée à la première, étant au moins partiellement métallisée pour constituer un plan de masse ( 16), le composant semiconducteur nu ( 12) présentant des électrodes munies, chacune, d'au moins une borne de sortie ( 17, 18 a, 18 b, 19 a, 19 b), une des électrodes, dite première électrode, étant destinée à être reliée électriquement au plan de masse ( 16) par l'intermédiaire d'un élément capacitif ( 20), la connexion électrique au plan de masse ( 16) étant en partie réalisée par au moins un trou métallisé ( 21,22) traversant le substrat isolant ( 14), caractérisé en ce que le composant semiconducteur nu ( 12) est fixé sur un intermé- diaire ( 23) de cablage constitué par une plaquette ( 24) d'un matériau diélectrique comportant, sur une première face ( 25), des piliers conducteurs ( 27, 28 a, 28 b, 29 a, 29 b) sur lesquels sont directement soudées les bornes de sortie des électrodes du composant semiconducteur nu, chaque pilier ( 29 a, 29 b) correspondant à chacune des bornes ( 19 a, 19 b) de sortie de la première électrode étant prolongé par une nappe métallisée ( 30 a, 30 b) déposée sur la première face ( 25) de la plaquette ( 24) et constituant une première armature de l'élément capa- citif ( 20), tandis qu'une deuxième face ( 26) de la plaquette ( 24), opposée à la première, est fixée sur au moins une plage conductrice ( 31) réalisée sur la première face ( 13) du subs- trat isolant ( 14) de façon à être adjacente à au moins un trou métallisé ( 21,22), ladite plage conductrice ( 31) cons- tituant une deuxième armature de l'élément capacitif ( 20). 2 Circuit hyperfréquence ( 11) selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le composant semiconducteur nu ( 12) est un transistor à effet de champ et en ce que ladite première électrode est la source du transistor à effet de champ. Circuit hyperfréquence ( 11) selon l'une quelconque 3. des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, le matériau diélectrique constituant la plaquette ( 14) de l'intermédiaire ( 23) de cablage présente une constante diélectrique comprise entre 600 et 2000. 4 Circuit hyperfréquence ( 11) selon l'une des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce qu'une épargne ( 32) est aménagée dans la plage conductrice ( 31), en regard du compo- sant semiconducteur nu ( 12). Application d'un circuit hyperfréquence ( 11) selon l'ensemble des revendications 2 et 3, à une alimentation du transistor à effet de champ, caractérisée en ce que la source (S) du transistor à effet de champ est mise à la masse ( 16), pour les hyperfréquences, par ledit élément capacitif ( 20), tandis qu'une résistance (R 5) de polarisation de valeur fixe, placée en parallèle sur l'élément capacitif ( 20), et coopé- rant avec un circuit stabilisateur ( 50), définit un point de fonctionnement, en courant (ID) et en tension (V Ds), indépendant du transistor à effet de champ.