Brevet FR2771889A1 — publié le 19990604

La présente invention concerne un procédé de montage d'un boîtier hyperfréquence en surface, comportant une puce électronique, sur un circuit imprimé et un boîtier et un circuit imprimé conçus pour la mise en oeuvre de ce procédé. II est connu de monter directement une puce électronique, chip dans la littérature anglo-saxonne, sur un circuit imprimé d'accueil il est également connu de monter la puce sur un mini circuit imprimé pour former un boîtier hyperfréquence qui est ensuite monté en surface sur le circuit imprimé d'accueil. Dans les deux cas il est connu de réaliser les liaisons avec le circuit imprimé d'accueil par câblage filaire et de couvrir la puce ou le boîtier hyperfréquence avec un capot de protection. Mais la mise en oeuvre de telles techniques de montage, en quantité, est coûteuse car, pour des fréquences de fonctionnement élevées, elle exige, pour la réalisation du câblage, lors de l'équipement du circuit imprimé d'accueil, l'utilisation de matériel de microélectronique ; sans un tel matériel il n'est pratiquement pas possible, en utilisant ces techniques de montage, de travailler à des fréquences supérieures à 12 GHz. Le but de la présente invention est d'éviter cet inconvénient. Ceci est obtenu par montage d'un mini circuit imprimé portant la puce sur un circuit imprimé d'accueil, où la face active du mini circuit imprimé portant la puce est soudée sur le circuit imprimé d'accueil et où des plans de masse répartis sur les deux circuits imprimés forment une sorte de cage constituant un blindage autour de la puce. Selon l'invention il est proposé un procédé de montage d'un boitier hyperfréquence sur un circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il consiste - à utiliser un boîtier hyperfréquence ayant deux faces parallèles dont une première face avec une puce électronique, des conducteurs connectés à la puce et des plans de masse intercalés entre les conducteurs et une seconde face constituée par un plan de masse connecté aux plans de masse de la première face réaliser un circuit imprimé ayant une première face avec, dans une zone dédiée au boîtier, des conducteurs et des plans de masse et une seconde face constituée par un plan de masse connecté aux plans de masse de la première face du circuit imprimé, les deux premières faces ayant d'une part leurs plans de masse et d'autre part leurs conducteurs qui, dans une position prédéterminée du boîtier sur le circuit imprimé, sont en contact biunivoque, - à placer le boîtier dans la position prédéterminée - et à connecter le boîtier au circuit imprimé par soudure des conducteurs et des plans de masse en contact biunivoque. Selon l'invention il est proposé un boîtier hyperfréquence, pour la mise en oeuvre d'un procédé de montage d'un boîtier sur un circuit imprimé, ce boîtier hyperfréquence comportant un mini circuit imprimé avec une première et une seconde face, la première face comportant une puce électronique et des conducteurs connectés à la puce et la seconde face étant constituée par un plan de masse, caractérisé en ce que la première face comporte des plans de masse, en ce que ces plans de masse sont intercalés entre les conducteurs et en ce que le mini circuit imprimé comporte des connexions entre les plans de masse de la première face et le plan de masse de la seconde face. Selon l'invention il est proposé un circuit imprimé d'accueil de boîtier hyperfréquence, pour la mise en oeuvre d'un procédé de montage d'un boîtier sur un circuit imprimé, ce circuit imprimé d'accueil comportant une première et une seconde face, la première face comportant, dans une zone d'accueil, des conducteurs et la seconde face étant constituée par un plan de masse, caractérisé en ce que la première face comporte des plans de masse dans la zone d'accueil, en ce que ces plans de masse sont intercalés entre les conducteurs et en ce que le circuit imprimé d'accueil comporte des connexions entre les plans de masse de la première face et le plan de masse de la seconde face. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent - les figures 1 et 2, les vues de celle des faces de deux circuits imprimés qui porte, entre autres éléments, des conducteurs, la vue selon la figure 2 étant une vue partielle, - la figure 3, une vue en coupe des circuits imprimés des figures 1 et 2, après qu'ils aient été réunis par soudure. Sur les différentes figures les éléments correspondants sont désignés par les mêmes repères. Dans ce qui suit et dans les revendications quand il sera question d'un circuit imprimé dont un des deux côtés est entièrement métallisé et que ce côté sera soudé sur un support métallique, il sera considéré que le support métallique fait partie du circuit imprimé et en constitue le plan de masse. La figure i montre un boîtier hyperfréquence d'une puce électronique, P ; il est constitué par un mini circuit imprimé dont la figure 1 montre une face carrée, ABCD, avec des pistes conductrices L1 à L4, des plans de masse M1 à M4, intercalés entre les pistes, et la puce P associée à quatre éléments de découplage tels que E. La puce P est située sensiblement au milieu de la face ABCD ; des fils soudés à leurs extrémités assurent les liaisons entre les différents éléments de ce boîtier. Les pistes L2, L4 sont connectés respectivement à deux accès hyperfréquence de la puce tandis que les pistes L1, L3 amènent des tensions de polarisation à la puce. Chacun des plans de masse M1 à M4 est percé de trous tels que Ha, Hb ; au total il y a quatorze trous répartis au voisinage de la périphérie du carré ABCD. Le boîtier est représenté en coupe, dans un rectangle situé à la partie supérieure de la figure 3 ; le plan de coupe, de trace XX, est perpendiculaire au plan de la figure 1 et est parallèle aux pistes L2, L4 en leur milieu. La figure 3 comporte, de plus, un rectangle inférieur, accolé au rectangle du boîtier ; ce rectangle correspond à une vue en coupe d'un circuit imprimé sur lequel repose la face ABCD du boîtier ; le boîtier est dit monté en surface sur le circuit imprimé. Le mini circuit imprimé du boîtier comporte un substrat isolant 1 avec, d'un côté, la face représentée sur la figure i et, de l'autre côté, un plan de masse en trois couches successives : un dépôt métallique et de la soudure, 2, et un support mécanique en laiton, 3 ; pour la facilité du dessin le dépôt métallique sur le substrat 1 et la soudure entre ce dépôt et le support mécanique 3, ont été confondus sur le dessin de la figure 3. Le boîtier présente la particularité, par rapport à un boîtier classique où le support, 3, est une simple plaque en laiton à faces parallèles, de posséder un bossage ou tab 3b dans son support, du côté du substrat, au niveau d'un trou pratiqué dans le substrat pour souder la puce P sur le plan de masse. Habituellement, c'est-à-dire sans le bossage 3b, la puce P est soudée sur le plan de masse, directement sur le support 3 ; sa face opposée au plan de masse est à une distance donnée de la face du mini circuit imprimé qui porte les pistes L1 à L4. Quand, pour la protéger, de la résine est déposée sur la puce, il s'avère impossible de n'avoir que la fine couche de résine strictement nécessaire à la protection ; la résine, en modifiant alors fortement le milieu de propagation du côté des liaisons de la puce, perturbe le fonctionnement au delà de fréquences supérieures à 10 GHz. La présence du bossage 3b réduit fortement ladite distance donnée ; celle des faces du mini circuit imprimé qui porte les pistes L1 à L4 est alors utilisée comme niveau de référence pour la quantité de résine à déposer, ce qui permet de maîtriser l'épaisseur de résine sur la puce. La figure 3 montre, en pointillés, les trous Ha, Hb dont il a été question lors de la description de la figure 1 ; il s'agit, comme pour les douze autres trous percés dans les plans de masse M1 à M4, de trous à parois métallisées qui constituent des colonnes conductrices parallèles, entre le plan de masse 2, 3 et les plans de masse M1 à M4. La figure 2 est une vue partielle d'un circuit imprimé d'accueil, dans sa partie dédiée au boîtier qui vient d'être décrit ci-avant à l'aide de la figure 1 et du rectangle de la partie supérieure de la figure 3. Le rectangle de la partie inférieure de la figure 3 correspond à une vue en coupe du circuit imprimé de la figure 2, dans un plan de coupe de trace XX ; le plan de coupe est perpendiculaire au plan de la figure 2. Il est à noter que c'est volontairement que les traces de coupe portent la même référence sur les figures 1 et 2 ; c'est pour marquer le fait que, lorsque le boîtier est montée dans la position prédéterminée qu'il doit occuper sur le circuit imprimé, les deux plans de coupe sont confondus. Le circuit imprimé, selon la figure 2 et selon la partie inférieure de la figure 3, comporte un substrat isolant 6 avec, d'un côté des pistes conductrices L1' à L4', et des plans de masse, MI' à M4', représentés sur la figure 2 et, de l'autre côté, un plan de masse en trois couches successives : un dépôt métallique et de la soudure, 7, et un support mécanique en laiton, 8 ; là aussi, pour la facilité du dessin, le dépôt métallique sur le substrat 6 et la soudure entre ce dépôt et le support mécanique 8, ont été confondus sur le dessin de la figure 3. Les pistes L2', L4' sont des pistes hyperfréquence que le plan de coupe traverse longitudinalement en leur milieu et les pistes L1', L3' sont des pistes destinées à amener des tensions de polarisation. Chacun des plans de masse Mi' à M4' est percé de trous tels que Ha', Hb'. Ces trous dont la paroi est métallisée assurent une liaison conductrice entre les plans de masse Ml' à M4' situés d'un côté du circuit imprimé et le plan de masse 7, 8 situé de l'autre côté du circuit imprimé. Sur la figure 2 quatre points A', B', C', D' formant les sommets d'un carré, ont été repérés par des flèches ; ils correspondent aux positions exactes que doivent occuper respectivement les sommets ABCD de la face du mini circuit imprimé représenté sur la figure 1, lors du montage du boîtier sur le circuit imprimé d'accueil ; c'est dans cette position du boîtier par rapport à son circuit imprimé d'accueil qu'est effectuée la coupe suivant la figure 3. Il est à remarquer, en comparant les figures i et 2, que les plans de masse et les orifices des trous métallisés situés dans le carré A'B'C'D' correspondent point pour point, dans une symétrie par rapport à un plan, aux plans de masse et aux orifices des trous métallisés situés dans le carré ABCD ; pour les pistes conductrices cette symétrie existe aussi mais vis-à-vis seulement d'une partie des pistes du carré ABCD car les pistes s'étendent moins loin à l'intérieure du carré A'B'C'D' qu'à l'intérieur du carré ABCD. Ainsi, quand les sommets ABCD du mini circuit imprimé sont respectivement au-dessus des points A'B'C'D', les pistes conductrices Li' a L4' et les plans de masse Ml' à M4' sont entièrement en regard des pistes et des plans de masse correspondants du boîtier ; de plus les quatorze trous métallisés du boîtier sont dans le prolongement des quatorze trous métallisés du circuit imprimé d'accueil. La connexion du boîtier sur son circuit d'accueil consiste, dans l'exemple décrit, à appliquer d'abord une fine couche de soudure sur les pistes et les plans de masse qui se trouvent en regard quand le carré ABCD est au-dessus du carré A'B'C'D'; puis le boîtier est positionné sur le circuit d'accueil de telle manière que le carré ABCD soit exactement au-dessus du carré A'B'C'D' et que, par thermosoudure, les pistes en regard et les plans de masse en regard puissent être soudés. Sur la figure 3 I'apport de calorie assurant la thermosoudure a été symbolisé par une flèches Th ; quant à la couche de soudure qui relie les pistes L4 et L4' après thermosoudure, elle a été notée S sur la figure 3. Ainsi monté sur le circuit imprimé d'accueil, le boîtier a sa puce qui est enfermée dans une sorte de cage, formant blindage, limitée vers le haut par le plan de masse 2, 3, vers le bas par le plan de masse 7, 8 et latéralement par les quatorze couples de trous métallisés du boîtier - par couple de trous métallisés il faut entendre les trous tels que Ha et Ha' qui se trouvent dans le prolongement l'un de l'autre lors du montage du boîtier sur son circuit imprimé d'accueil, ainsi que l'épaisseur de soudure entre les trous tels que Ha et Ha'. Les figures 2 et 3 montrent que le circuit imprimé d'accueil est percé d'une cavité, K, de section ovale qui s'ouvre sous la puce P quand le boîtier est monté sur le circuit imprimé d'accueil. Les dimensions de cette cavité sont telles que, par rapport au même montage mais sans cavité, la distance de la puce P aux parois les plus proches du plan de masse 7, 8 est de l'ordre de cinq fois plus grande ; cette cavité a pour rôle d'éviter des perturbations dans le fonctionnement de la puce, dues au rayonnement à une trop grande proximité d'un plan métallique, en l'occurrence le plan de masse 7, 8. La présente invention n'est pas limitée à l'exemple décrit, c'est ainsi, en particulier que la puce P peut être montée de façon classique, c'est-à-dire sur un plan de masse 2, 3 sans le bossage 3b ; la puce peut également ne pas être protégée par un dépôt de résine, étant donné que, après montage du boîtier sur son circuit imprimé d'accueil, la puce se trouve dans un espace quasiment clos dont l'étanchéité peut d'ailleurs être améliorée par un joint en un matériau isolant, par exemple une colle, disposé tout autour du boîtier, au niveau de la jonction boîtiercircuit imprimé d'accueil ; compte tenu des performances à atteindre, il est même possible, dans certains cas, de ne pas prévoir une cavité dans le circuit imprimé d'accueil, à l'aplomb de la puce. De plus le boîtier peut être réalisé avec la puce placée sur le mini circuit imprimé selon un montage dit puce à bosse ou flip-chip dans la littérature anglo-saxonne ; mais ce montage où les plots de la puce sont directement en contact avec le mini circuit imprimé ne permet pas une bonne dissipation thermique car la puce n'est plus plaquée sur un plan de masse qui lui sert de radiateur. Une autre variante à l'exemple qui a été décrit pour, comme il a été dit, enfermer la puce dans une sorte de cage de Faraday, consiste à remplacer, dans le mini circuit, les trous métallisés par des métallisations effectuées sur la tranche du mini circuit imprimé, entre les bords extérieurs des plans de masse M1 à M4 et le plan de masse 2, 3. REVENDICATIONS 1. Procédé de montage d'un boîtier hyperfréquence sur un circuit imprimé, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un boîtier hyperfréquence (L1-L4, Ml -M4, 1, 2, 3) ayant deux faces parallèles dont une première face avec une puce électronique (P), des conducteurs (L1-L4) connectés à la puce et des plans de masse (M1M4) intercalés entre les conducteurs et une seconde face constituée par un plan de masse (2, 3) connecté aux plans de masse de la première face réaliser un circuit imprimé (L1'-L4', M1'-M4', 6, 7, 8) ayant une première face avec, dans une zone dédiée au boîtier, des conducteurs (L1'-L4') et des plans de masse (MI'M4') et une seconde face constituée par un plan de masse (7, 8) connecté aux plans de masse de la première face du circuit imprimé, les deux premières faces ayant d'une part leurs plans de masse et d'autre part leurs conducteurs qui, dans une position prédéterminée (ABCD/A'B'C'D') du boîtier sur le circuit imprimé, sont en contact biunivoque, à placer le boîtier dans la position prédéterminée et à connecter le boîtier au circuit imprimé par soudure (S) des conducteurs et des plans de masse en contact biunivoque. 2. Boîtier hyperfréquence, pour la mise en oeuvre d'un procédé de montage d'un boîtier sur un circuit imprimé, ce boîtier hyperfréquence comportant un mini circuit imprimé avec une première et une seconde face, la première face comportant une puce électronique (P) et des conducteurs (L1-L4) connectés à la puce et la seconde face étant constituée par un plan de masse (263), caractérisé en ce que la première face comporte des plans de masse (M1-M4), en ce que ces plans de masse sont intercalés entre les conducteurs (L1-L4) et en ce que le mini circuit imprimé comporte des connexions (Ha, Hb) entre les plans de masse de la première face et le plan de masse de la seconde face. 3. Boîtier hyperfréquence selon la revendication 2, caractérisé en ce que les connexions sont réalisées par des trous à parois métallisées (Ha, Hb). 4. Circuit imprimé d'accueil de boîtier hyperfréquence, pour la mise en oeuvre d'un procédé de montage d'un boîtier sur un circuit imprimé, ce circuit imprimé d'accueil comportant une première et une seconde face, la première face comportant, dans une zone d'accueil, des conducteurs (L1' L4') et la seconde face étant constituée par un plan de masse (7, 8), caractérisé en ce que la première face comporte des plans de masse dans la zone d'accueil, en ce que ces plans de masse sont intercalés entre les conducteurs (Ll'-L4') et en ce que le circuit imprimé d'accueil comporte des connexions (Ha', Hb') entre les plans de masse de la première face et le plan de masse de la seconde face. 5. Circuit imprimé d'accueil selon la revendication 4, caractérisé en ce en ce qu'il comporte une cavité (K) qui débouche dans la zone d'accueil par une ouverture qui est entourée par les conducteurs et les plans de masse de la première face. 6. Circuit imprimé d'accueil selon la revendication 4, caractérisé les connexions sont réalisées par des trous à parois métallisées (Ha', Hb').