Brevet FR2542132A1 — publié le 19840907

La présente invention concerne un filtre à condensateurs céramique multicouches, notamment pour circuit microélectronique hybride, ainsi qu'un procédé pour sa fabrication. Jusqu'à présent, les éléments de filtrage utilisant des condensateurs céramique multicouches sont généralement réalises à partir de céramiques de forme toroldale de diametre et d'épaisseur variables en fonction de la valeur de la capacité désirée. Ce tore est percé en son centre d'un orifice pour le passage de la connexion transmettant le signal à filtrer ; cet orifice est metallisé pour relier 1a connexion à une série d'armatures du condensateur, l'autre série d'armatures étant reliée à la masse. On peut réaliser ainsi un filtrage capacitif simple du premier ordre, approprié par exemple au filtrage des broches d'un connecteur, notamment lorsque les tores individuels entourant chaque broche sont réunis en une plaquette multicouches unique sur laquelle sont soudées toutes les broches. Le filtrage peut etre amélioré en complétant le filtre précédent de maniere à réaliser un filtre du second ordre en L, en T ou, de préférence, en X : dans ce dernier cas, l'élément inductif est constitué par la broche ellemême, entouree d'une bague en ferrite pour augmenter sa valeur d'inductance ; des plaquettes multicouches constituant les- éléments capacitifs du filtre sont soudées de part et d'autre de la bague en ferrite. De tels filtres du second ordre peuvent être également réalisés sous forme de composants discrets traditionnels avec deux tores capacitifs encadrant une bague de ferrite, ces trois éléments étant enfilés sur un conducteur dont les deux extrémités forment les connexions d'entrée ou de sortie du filtre. Lorsqu'il s'agit d associer de tels filtres à des circuits microélectroniques hybrides, leur structure particulière ne permet pas leur intégration directe au circuit, et il est donc nécessaire de les disposer à lBexterieur de celui-ci. Comme un boîtier métallique devient nécessaire (le boîtier plastique classique ne permettant pas d'assurer la continuité du circuit de masse), cette technique n'est utilisée que pour des cas très particuliers où le coût élevé dlune fabrication spéciaie de boîtier n'est pas un élément déterminant dans le choix de la technique. Jusqu'à présent, la question du filtrage n'a pas été cruciale ; c'est pourquoi on a préféré procéder, classiquement, par découplage ou blindage des circuits. Le développement des nouvelles techniques, notamment l'intégration à très grande échelle des circuits numériques et linéaires monolithiques à fréquence de travail élevée, ainsi que les alimentations à decoupage, de grande compacité mais génératrices de parasites importants, a accru le besoin d'un antiparasitage en fréquence efficace et compatible avec la miniaturisation croissante et la diminution de coût constante des circuits. L'invention propose un composant auquel sa structure permet de donner des dimensions et une forme autorisant une intégration directe en surface et un mode de connexion compatible avec les circuits hybrides. On sait en effet que les composants rapportés sur ces circuits sont avantageusement fixés au substrat par l'intermédiaire de métallisations réalisées sur les faces du composant, qui est généralement parallélépipédique , celui-ci ne comporte donc pas de fils de connexion. Une fois le composant placé (et en général collé) sur le substrat, les liaisons électriques sont simplement réalisées par des points de soudure (par exemple, par soudage à la vague) entre les métallisations et les motifs conducteurs correspondants du substrat. De plus, la normalisation de la forme (parallé lépipédîque) et des dimensions (identiques à celles des autres composants, notamment des condensateurs) du composant selon l'invention permet une modification aisée des paramètres du filtre d'une fabrication à l'autre, caràctéristique d'autant plus intéressante que lefiltrage, de façon générale, dépend plus de llenvironne- ment dans lequel fonctionne le circuit que de la structure du circuit lui-meme. Pour cela, ce composant comprend, disposées adjacentes au moins une zone vive dont les feuilles portent des motifs conducteurs alternés séparés par une couche iso lante formant diélectrique, de manière à former deux séries imbriquées d'armatures élémentaires, les arma tures de chaque série étant électriquement reliées à une liaison électrique commune formant borne du condensateur, au moins une zone morte, où les feuilles sont dépourvues de motifs conducteurs, logeant intérieurement une inductance ayant l'une de ses bornes électriquement reliée à une première borne du condensateur. De préférence, il comprend une zone morte et deux zones-vives distinctes formant deux condensateurs, chacune des bornes de l'inductance étant électriqùement reliée à la première borne de chacun des condensateurs, et les secondes bornes des condensateurs étant électriquement reliées entre elles et à au moins une borne commune, structure correspondant Iectriuement a cel-le d'un filtre en s w Dans un premier mode de réalisation préférentiel, la borne. commune est formée par une métàllisation en bout du composant, reliant électriquement ensemble des parties émergentes des armatures élémentaires correspondant aux secondes bornes de l'un et l'autre condensateur,et la première borne de chacun des condensateurs est formée par une métallisation d'un coin du composant situé à l'opposé de la métallisation correspondant à la borne commune, et reliant électriquement ensemble des parties émergentes des armatures élémentaires correspondant à la première borne du condensateur. Dans un second mode de réalisation-,,les secondes bornes des condensateurs sont électriquement reliées entre elles et à deux bornes communes formées par deux métallisations sur des faces opposées du composant, chacune reliant électriquement ensemble des parties émergentes des armatures élémentaires correspondant aux secondes bornes de l'un et l'autre condensateur. Dans un troisième mode de réalisation, la borne commune est formée par une métallisation intérieure d'un orifice ménagé dans le composant et traversant les armatures élémentaires correspondant aux secondes bornes de l'un et l'autre condensateur. Le procédé de fabrication de ce composant comprend les étapes suivantes . empilement et compression des feuilles de céramique, . découpe de l'empilement en composants individuels, . formation d'un logement d'inductance par usinage de la zone morte, . cuisson, métallisation des bornes du composant,' . mise en place de l'inductance dans son logement, . obturation du logement, . soudure des fils de l'inductance sur les métallisations correspondant aux premières bornes des condensateurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-dessous, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels . la figure 1 est une vue en perspective du composant selon le premier mode de réalisation de l'invention, . la figure 2 est une vue en elevation de ce même composant, montrant la structure des couches de l'empilement, . la figure 3 montre, en plan, les différents types de motifs conducteurs formés sur les feuilles constituant l'empilement, . les figures 4a et 4b montrent, respectivement, l'implantation du composant et son équivalent électrique sur le substrat du circuit, . la figure 5 est homologue de la figure 2, dans une variante du premier mode de réalisation, . les figures 6 à 9b sont homologues des figures 1 à 4b pour le second mode de réalisation de l'invention, . la figure 10 est homologue des figures 2 et 7 dans le troisième mode de réalisation. Bien que l'invention soit plus particulièrement décrite dans le cas de l'antiparasitage en fréquence - c'est-à-dire dans le cas d'un filtre passe-bas -, il est clair qu'il est possible de réaliser des filtres passehaut suivant les mêmes enseignements, en inversant les rôles des éléments inductifs et capacitifs. De même, on décrira la configuration préfé rentielle d'un filtre en w , dont les paramètres électriques conviennent à la plupart des cas, notamment la fréquence de coupure basse et la pente de coupure raide (théoriquement 60 dB/décade, pratiquement 45 à 50 dB/ décade). Mais d'autres structures de filtres sont possibles, notamment en L (entrée non capacitive, mais pente plus faible o théoriquement 40 dB/décade, pratiquement 30 dB/ décade) ou en T (entrée symétrique et non capacitive et même pente que le filtre en X , mais nécessité de deux inductances, donc coût plus élevé), ou meme des filtres d'ordre supérieur intégrés dans un même composant. Sur les figures Z à 5, qui se réfèrent au premier mode de réalisation, le composant 100 présente une forme parallélépipédique avec des métallisations permettant de le souder directement sur le substrat, donc dépourvu de fils de connexion. Une de ces métallisations M, par exemple effectuées sur l'une des faces du composant, correspond au point commun du filtre, normalement relié à la masse ; les deux autres métallisations, correspondant (indifféremment) à l'entrée et à la sortie du filtre en w , sont réalisées de préférence sur les ooins E et 5 du composant opposés à la face correspondant à la borne M. Le composant comporte deux zones vives ZV1 et ZV2 formant, de manière classique, un condensateur sous forme de structure multicouches, par empilement de feuilles individuelles représentées en plan figure 3. Le premier condensateur C1 est formé d'un empilement alterné de feuilles telles que 110 et 130 ; le second condensateur C2, d'un empilement de feuilles alterné telles que 120 et 130. De préférence, la feuille inférieure et la feuille supérieure de chacun des empilements respectifs est une feuille 130 correspondant à une électrode de masse. Les feuilles 110 comportent une métallisation centrale 111 avec une partie émergente 112 dans un angle correspondant au coin E du composant. Les feuilles 120 sont symétriques des feuilles 110 et comprennent une métallisation centrale 121 avec une partie émergente 122 dans un angle correspondant au coin opposé S du composant. Les feuilles 130 comprennent une métallisation centrale 131 avec une partie émergente 132 sur un côté correspondant à la face M du composant. De préférence, les deux zones vives entourent une zone morte ZM dans laquelle est réalisé un logement, par exemple un alésage, recevant une inductance,L bobinée autour d'un noyau de ferrite. De préférence, une zone de garde ZG de chaque côté de la zone 'morte évite que, du fait des imprécisions de perçage, ,l'alésage percé dans la zone morte ne déborde sur l'une des zones vives. Une fois l'inductance L placée dans son logement, les deux fils de connexion 140 de celle-ci sont soudés (par exemple par soudure électrique) respectivement aux métallisations E et S, et l'alésage est rempli d'une résine 150 d'obturation de l'alésage et d'immobilisation du composant dans son logement. Bien qu'il ait été décrit ici un filtre comportant une inductance rapportée, il est également possible de prévoir une inductance monolithique, intégrée dans la zone morte du bloc céramique, les spires de l'enroulement étant alors formées par des motifs imprimés sur les différentes couches de la zone morte l'empilement. En particulier, le brevet français 77-02155, intitulé "composants électroniques multi-couches inductifs et leur procédé de fabrication", au nom de la demanderesse, décrit en détail plusieurs types d'inductances monolithiques convenant pour réaliser un filtre selon les enseignements de la présente invention, et propres à remplir une fonction électrique équivalente à celle d'une inductance rapportée bobinée sur un mandrin. Le noyau, de l'inductance est à base de poudre de fer ou de ferrite, le choix étant effectué en fonction de la valeur d'inductance requise, donc de la fréquence de coupure du filtre. Par ailleurs, sur ces fanures, l'inductance a été représentée disposée en position transversale (c'est-à-dire parallèle à la face métallisée M), le-trou étant déporté à proximité des coins métallisés E et S cette disposition est avantageuse, car elle permet de raccourcir au maximum les fils de connexion 140 de l'inductance, mais touteautre disposition de l'inductance dans la zone morte reste possible. La figure 4a montre le composant 100 soudé sur le substrat par l'intermédiaire de ces métallisations M, E et S : la métallisation M, qui correspond à-la borne commune du filtre, est soudée à un conducteur de masse 11 du substrat ; les métallisations -E et S sont respectivement soudées à des conducteurs 12 et 13 d'entrée et de sortie du signal. La figure 4b montre l'équivalent électrique-du composant placé sur le~--substrat : l'inductance, L relie les conducteurs, d'entrée et-de sortie du signal à filtrer, chacun de ces conducteurs étant relié à la masse par les condensateurs C1 et C2, constituant ainsi le filtre en s . On notera que le composant décrit présente une symétrie par rapport à un plan médian horizontal, ce qui permet de placer indifferemment sa face supérieure ou sa face inférieure sur le substrat, les bornes E et S étant électriquement symétriques (à condition que les condensateurs Cl et C2 soient de même valeur, ce qui est généralement le cas). La figure 5 montre une variante du premier mode de réalisation, dans laquelle les deux zones vives ZV1 et ZV2 formant les condensateurs C1 et C2 sont placées adjacentes, la zone morte ZM étant une zone de surface du composant, et non plus une zone centrale. L'inductance L peut être logée dans une rainure pratiquée à la surface du composant, d'usinage plus aisé que celui dsun alésage, et de centrage moins critique par rapport à la variante précédente. Par contre l'inductance est moins protégée contre les éventuelles particules, notamment les particules conductrices. Les figures 6 à 9b se réfèrent à un second mode de réalisation, dans lequel les métallisations E et S correspondant aux bornes d'entrée et de sortie du filtre sont situées aux extrémités du composant, sur deux faces opposées de celui-ci. La borne commune du filtre est dédoublée en deux métallisations M1 et M2 latérales, de part et d'autre du composant. Cette disposition assure une double symétrie, à la fois selon un plan horizontal médian et selon un plan vertical médian du composant, ce qui facilitera le positionnement sur le substrat. La structure interne du composant1 détaillée figure 7, montre que les deux zones vives ZVl et ZV2 sont maintenant disposées côte à côte,à partir d'un empilement alterné de feuilles 210 et 220 représentées figure 8 : les feuilles 210 correspondent aux armatures des condensateurs reliées à la masse, et sont pourvues d'une métallisation centrale 211 avec deux parties émergentes 212 sur deux côtés opposés correspondant aux faces du composant sur lesquelles seront pratiquées les métallisations M1 et M2 les feuilles 220 sont pourvues de deux motifs conducteurs symétriques 221 et 2k2 correspondant aux armatures non reliées à la masse des condensateurs Cl et C2 respectivement. Ces motifs conducteurs comportent des parties emergentes 223, 224 sur des faces opposées, pour permettre leur liaison électrique aux métallisations des faces E et S respectivement. L'inductance L est disposée longitudinalement, toujours dans le,but de raccourcir les fils de liaison 2A0 qui seront, comme précédemment, soudés chacun à l'une des métallisations E ou S. L'inductance a été représentée logée dans un alésage pratiqué dans la zone morte ZM du composant1 en dessous des zones vives juxtaposées ZV1 et ZV2, et séparé de oelles-ci par une zone de garde ZG; il est cependant possible, comme précédemment dans la variante de la figure 5, de pratiquer une rainure sur la face inférieure du composant pour loger l'inductance, avec les avantages et inconvénients précités. La figure 9a montre le composant 200 soudé sur le substrat 10, la figure-9b correspondant à l'équivalent électrique de cette implantation. Comme précédemment, les bornes E et S d'entrée et de sortie du filtre sont reliées à des motifs conducteurs d'entrée et de sortie 12, 13 du substrat ; l'une des métallisations M1 ou M2 est soudée sur le motif conducteur 11 correspondant à la masse du circuit. On a indiqué plus haut que le composant présente une double symétrie, ce qui évite un retournement recto-verso ou à 1800 à plat, lors de son positionnement.Le motif conducteur 11 doit cependant présenter une partie en saillie lia, ce qui correspond à une configuration plus rare, le motif correspondant à la masse du circuit étant généralement constitué d'une simple bande latérale formée sur le substrat de cl qui ci La figure 10 montre un troisième mode de réalisation, dérivé du précédent. Les armatures élémentaires 310 reliées à la masse ne comportent pas de parties émergentes, la liaison commune (précédemment réalisée par les métallisations latérales M1 et M2) étant réalisée par un trou central 301-(borgne ou traversant) traversant toutes ces électrodes, et métallisé intérieurement pour former la borne commune M située sur l'une des- faces supérieure ou inférieure (ou sur les deux) du composant 300. Les électrodes non reliées à la masse 320 des condensateurs C1 et C2 sont, de manière identique au mode de réalisation précédent , reliées aux métailisations pratiquées sur les faces d'extrémité's E et S. REVENDICATIONS 1. Un composant électronique, notamment un composant parallélépipédique pour circuit microélectro- nique hybride, apte à être fixé directement sur un substrat plat et à être soudé à celui ci, par des métallisations réalisées sur ses faces, du type comprenant un empilément fritté de feuilles de céramique dont certaines au moins portent des motifs conducteurs préétablis, caractérisé en ce qu'il comprend, disposées adjacentes au moins une zone vive (ZV1, ZV2) dont les feuilles portent des motifs conducteurs alternés séparés par une couche isolante formant diélectrique, de maniera à former deux séries imbriquées dgarmatures élémentaires, les armatures de chaque série étant -électriquement reliées à une liaison électrique commune formant borne du condensateur (E, S), au moins une zone morte (ZM), où les feuilles sont dépourvues de motifs conducteurs, logeant intérieurement une inductance (L) ayant luune de ses bornes électrique ment reliée à une première borne du condensateur. 2. Un composant électronique selon la-revendication 1, caractérisé en ce qulil comprend une zone morte et deux zones vives distinctes formant deux condensateurs (C1, C2), chacune des bornes- (140, 240) de l'inductance étant électriquement reliée à la première borne de chacun des condensateurs. 3. Un composant électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les secondes bornes des condensateurs sont électriquemént reliées entre elles et à au moins une borne commune (M). 4. Un composant électronique,selon-la revendication 3, caractériséen ce que la borne commune est formee par une métallisation en bout du composant, reliant Elec- triquement ensemble des parties émergentes (132) des armatures élémentaires (131) correspondant aux secondes bornes de 1Pun et l'autre condensateur. 5. Un composant électronique selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première borne de chacun des condensateurs est formée par une métallisation d'un coin du composant situé à l'opposé de la métallisation correspondant à la borne commune, et reliant électriquement ensemble des parties émergentes (112, 122) des arma J tures élémentaires (111, 121) correspondant à la première borne du condensateur. 6. Un composant électronique selon la revendication 3 caractérisé en ce que les secondes bornes des condensateurs sont électriquement reliées entre elles et à deux bornes communes formées par deux métallisations (Ml, M2) sur des faces opposées du composant, chacune reliant électriquement ensemble des parties émergentes (212) des armatures élémentaires (211) correspondant aux secondes bornes de l'un et l'autre condensateur. 7. Un composant électronique selon la revendication 3, caractérisé en ce que la borne commune est formée par une métallisation intérieure d'un orifice (310) ménagé dans le composant et traversant les armatures elé- mentaires correspondant aux secondes bornes de l'un et 1 'autre condensateur. 8. Un composant électronique selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la zone morte est une zone centrale du composant, de part et d'autre de laquelle s'étend chacune des zones vives. 9. Un composant électronique selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu en outre une zone de garde (ZG), où les feuilles sont dépourvues de motifs conducteurs, intercalée entre les zones vive et morte. 10. Un composant électronique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'induc tance est une inductance monolithique dont les spires sont formees par des motifs imprimés sur les différentes couches de la zone morte de l'empilement. 11. Un procédé de fabrication du composant selon l'une as revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes empilement et compression des feuilles de céramique, découpe de l'empilement en composants individuels, formation-d'un logement d'inductance par usinage de la zone morte, cuisson, metallisation des bornes du composant, mise en place de l'inductance dans son logement, obturation du logement, soudure des fils de l'inductance sur les métallisations correspondant aux premières bornes des condensateurs.