Brevet FR2841058A1 — publié le 20031219

la portion cambree (121,111). DISPOSITIF ELECTRIQUE COMPRENANT DEUX SUPPORTS ET UNE BORNE DE CONNEXION RELIEE A UN CONDENSATEUR SERIE ET A UN LIMITEUR DE TENSION La presente invention concerne une protection contre des decharges electrostatiques d'un condensateur place en serie a ['entree d'un circuit electrique. Wile concerne plus particulierement une telle protection pour un circuit faisant partie d'un dispositif electrique comprenant des composants electroniques repartis sur deux supports. II est courant diutiliser un condensateur connecte en serie a certaines entrees de circuits electriques, notamment pour eliminer une eventuelle composante continue du signal electrique applique a cette entree. Un tel condensateur, appele condensateur eerie, est alors interpose entre une borne d'entree audit circuit electrique et une borne de connexion exterieure. En fonction de leur localisation au sein d'un dispositif electrique, certaines bornes de connexion vent susceptibles de recevoir des decharges electrostatiques. Des decharges electrostatiques peuvent notamment survenir lors de manipulations du dispositif electrique par un operateur. Wiles peuvent provoquer des tensions instantanees superieures a 2000 volts, capables d'endommager certains composants du dispositif electrique. II est alors usuel de connecter une borne de connexion a un dispositif de protection contre les decharges electrostatiques, ou protection ESD. Le principe d'une protection ESD consiste a ouvrir un chemin d'evacuation de charges electriques entre la borne de connexion a laquelle la protection ESD est connectee et un point de reference du circuit electrique, lorsque la tension entre ladite borne de connexion et ce point de reference depasse un seuil predefini. Une protection ESD n'a aucun effet electrique en fonctionnement normal, etant alors equivalente a un circuit ouvert, mais limite la tension entre la borne de connexion et le point de reference en presence d'une decharge electrostatique. Une telle protection ESD est appelee dans la suite limiteur de tension electrique. Pour une borne d'entree d'un circuit electrique reliee a une borne de - 2 connexion exterieure par un condensateur eerie, la connexion de ladite borne de connexion exterieure a une protection ESD permet d'eviter qu'une decharge electrostatique survenant sur la borne de connexion exterieure ne provoque un claquage du condensateur eerie. Or certains dispositifs electriques comprennent. plusieurs supports sur lesquels vent repartis des composants electroniques de ces dispositifs. En particulier, une borne de connexion exterieure reliee a un condensateur serie tel qu'introduit precedemment peut etre portee par un support qui ne porte pas lui-meme de protection ESD. Ceci peut etre en particulier le cas lorsque le support de la borne de connexion exterieure est constitue d'un materiou isolant. Un but de la presente invention consiste a proteger un condensateur serie relic a une borne de connexion exterieure contre des decharges electrostatiques survenant sur ladite borne de connexion exterieure, pour des dispositifs electriques comprenant plusieurs supports de composants electroniques. L'invention concerne done un dispositif electrique comprenant un premier support portent au moins une borne d'entree, un circuit electrique relic a la borne d'entree et un limiteur de tension electrique, et un second support portent au moins une borne de connexion exterieure, la borne de connexion exterieure etant reliee a la borne d'entree par un condensateur. Selon ['invention, la liaison entre le condensateur et la borne de connexion exterieure comprend un nceud relic au limiteur de tension electrique, de fa,con a limiter une tension electrique entre ledit nceud et un point de reference du circuit electrique. Ainsi, selon ['invention, une connexion electrique specifique relic la borne de connexion exterieure situee sur ledit second support a une protection ESD situee sur ledit premier support, afin d'evacuer vers un point de reference du circuit des charges electriques excessives apparaissant sur la borne de connexion exterieure. Dans un mode de realisation particulier de ['invention, ledit ncoud est relic au limiteur de tension par une premiere diode, et est relic en outre au - 3 point de reference par une seconde diode, la premiere diode ayant sa cathode connectee au limiteur de tension et son anode connectee audit nceud, et la seconde diode ayant sa cathode connectee audit nceud et son anode connectee audit point de reference. Ce mode de liaison de la borne de connexion exterieure au limiteur de tension permet en particulier d'utiliser un meme limiteur de tension pour la protection du condensateur serie et pour la protection de composants disposes a d'autres bornes d'entree audit circuit electrique. Ainsi, le circuit peut comprendre au moins une autre borne d'entree reliee d'une part au limiteur de tension par une troisieme diode et d'autre part au point de reference par une quatrieme diode, la troisieme diode ayant sa cathode connectee au limiteur de tension et son anode connectee a ladite autre borne d'entree, et la quatrieme diode ayant sa cathode connectee a ladite autre borne d'entree et son anode connectee audit point de reference. Eventuellement, la borne d'entree reliee au condensateur serie peut ellememe etre protegee de cette fa,con contre les effets de decharges electrostatiques. Pour cela, ladite borne d'entree est reliee au limiteur de tension et au point de reference par des diodes respectives, connectees de la fa,con decrite precedemment pour une borne d'entree quelconque du circuit electrique. L'invention est notamment particulierement utile pour des dispositifs electriques comprenant des premiers composants avantageusement realises sur un support semiconducteur et des seconds composants avantageusement realises sur un support isolant electrique. Le support semiconducteur peut etre en silicium, ou a base de silicium, et les premiers composants peuvent etre des diodes ou des transistors realises sur le support semiconducteur selon les methodes usuelles de fabrication de composants semiconducteurs. En particulier, les protections ESD a base de transistors vent usuellement elaborees sur un support semiconducteur. Le support isolant peut etre, par exemple, en verre. Des seconds composants necessitant un support isolant pour presenter des facteurs de qualite eleves sont, par exemple, une antenne, notamment une antenne pour - 4 frequences radio, et une bobine, ou inductance. II peut s'agir aussi, dans certains cas, de condensateurs ou de pistes metalliques de transport rapide de signaux. Les deux supports avec leurs composants respectifs vent alors fabriques separement, selon des technologies adaptees a chacun d'eux. Ils vent ensu ite assembl es l' u n a l'a utre en real isant des con nexions electriq u es entre des points respectifs apparies des deux supports. Grace a ['invention, une borne de connexion exterieure portee par le support isolant peut etre reliee a une protection ESD elaboree sur le support semiconducteur en utilisant les technologies connues de realisation de composants semiconducteurs integres. D'autres particularites et avantages de la presente invention apparatront dans la description ci-apres d'un exemple de realisation non limitatif, en reference aux dessins annexes, dans lesquels: - la figure 1 est un premier schema de dispositif electrique avec protection ESD selon l'art anterieur, auquel ['invention peut etre appliquee; - la figure 2 est un second schema de dispositif electrique avec protection ESD selon l'art anterieur, correspondent a un perfectionnement du dispositif de la figure 1; - la figure 3 represente une implantation d'un dispositif electrique selon ['invention correspondent au schema electrique de la figure 2; - la figure 4 est un schema electrique d'un montage d'evaluation de la resistance du dispositif de la figure 3 a des impulsions de courant electrique. Des references identiques reprises dans plusieurs figures correspondent a des elements identiques presents dans les figures concernees. Par souci de clarte, les dimensions des elements representes sur ces figures ne vent pas en relation avec des dimensions reelles. Conformement au schema electrique de la figure 1, il est connu de relier une borne de connexion exterieure 2 a un limiteur de tension electrique 4, autrement appele >, pour limiter une tension electrique excessive - 5 pouvant appara^rtre entre la borne 2 et une borne de reference, provoquee par une decharge electrostatique. Couramment, ladite borne de reference est une borne de masse M. Un circuit electrique 20 peut par ailleurs etre relic par une borne d'entree 1 de ce circuit a la borne de connexion 2. Lorsqu'il est necessaire d'assurer que la tension appliquee a la borne d'entree 1 ne comporte aucune composante continue, un condensateur serie 3 est interpose entre la borne d'entree 1 et la borne de connexion 2. La liaison entre la borne 2 et le limiteur de tension 4 comporte alors un nceud N auquel est relic le condensateur serie 3. La figure 2 represente une amelioration du schema electrique de la figure 1, permettant de relier plusieurs bornes de connexion exterieure eVou plusieurs bornes d'entree du circuit electrique 20 a un meme limiteur de tension 4, afin de proteger des composants electroniques relies a ces bornes contre d'eventuelles decharges electrostatiques pouvant survenir sur ces derrieres. Selon le schema de la figure 2, le nceud N. la borne d'entree 1 et une borne d'entree supplementaire quelconque 9 vent connectes d'une part au limiteur de tension 4 au niveau du point A represente par des premieres diodes respectives 5, 10 et 12, et d'autre part a la borne de masse M par des secondes diodes respectives 6, 11 et 13. Cette structure est adaptee en particulier lorsqu'une source (non representee) de tension electrique positive VDD est en outre connectee entre le point A et la borne de masse M, les bornes 1, 2 et 9 presentant des tensions electriques respectives par rapport a la borne de masse M positives et inferieures a VDD en fonctionnement normal. Les 2 diodes 5, 6, 10-13 vent chacune orientees pour etre bloquees en fonctionnement normal du dispositif electrique, c'est-a-dire en ['absence de decharge electrostatique sur les bornes 1, 2 et 9. Les diodes 5, 10 et 12 permettent ['evacuation vers le limiteur de tension 4 de charges electriques positives excessives amenees sur l'une au moins des bornes 1, 2 et 9 par une decharge electrostatique associee a une surtension positive par rapport a la borne de masse M. La charge electrique portee par ['armature du condensateur 3 reliee a la borne de connexion - 6 exterieure 2 est en particulier ainsi limitee, empechant un claquage du dielectrique isolant du condensateur 3. Les diodes 6, 11 et 13 permettent ['evacuation directe vers la borne de masse M de charges electriques negatives excessives apparues sur l'une au moins des bornes 1, 2 et 9. La figure 3 est un schema d'implantation d'une realisation de ['invention pour un dispositif electrique correspondent a la figure 2, et comprenant deux substrats differents sur lesquels vent agences des composants electroniques. Un premier substrat plan 100, par exemple en silicium, comporte sur l'une de ses surfaces S1 des composants semiconducteurs integres realises selon les methodes de fabrication connues de l'homme du metier. En particulier, le substrat 100 et les composants portes par ce substrat peuvent constituer un circuit integre con,cu pour executer une application determinee, appele ASIC ( >). Outre les composants necessaires pour ['execution de ['application, le limiteur de tension 4 et les diodes 5, 6, 10 13 vent aussi realises sur le substrat 100, par exemple en utilisant une technologie Bl-CMOS combinant des composants bipolaires et des transistors a effet de champ. La realisation du limiteur de tension 4 a partir de transistors agences pour passer d'un etat bloque a un etat passant lorsque qu'une tension electrique appliquee entre deux bornes du limiteur de tension devient superieure a un seuil dbtermine est connue de l'homme de metier. Un second substrat plan 200, par exemple en verre, porte sur l'une de ses surfaces S2 des composants electroniques realises par depots successifs de materiaux isolants et metalliques sous forme de couches superposees. Ces couches vent gravees de fa,con a constituer lesdits composants electroniques connectes entre eux conformement au schema electrique de la figure 2. Ces composants electroniques peuvent inclure une antenne RF, non representee qui presente un facteur de qualite eleve grace a la nature isolante du substrat 200. Le substrat 200 porte en un point de sa peripherie une zone de contact qui constitue la borne de connexion exterieure 2. La borne 2 est destinee par exemple a la realisation d'une connexion electrique par fil metallique (ou >) avec un support exterieur, par exemple de type PCB (ou Circuit Board>>). Dans le mode de realisation de ['invention considere, le condensateur serie 3, relic d'une part a la borne de connexion exterieure 2 et d'autre part a la borne d'entree 1, est porte par le substrat isolant 200. II est constitue de portions de couches superposees formees a la surface du substrat 200, paralleles a la surface S2, comprenant deux portions de couches metalliques formant des armatures et separees par une portion de couche dielectrique isolante. La capacite du condensateur serie 3 est comprise entre picofarads et 10 nanofarads, par exemple. A la figure 3, les composants portes par les substrats 100 et 200 vent representes sch ematiq uement par le u rs symboles electriq ues, sa ns relation avec la configuration reelle de ces composants sur les surfaces S1 et S2. Seuls les emplacements indiques pour les bornes d'entree 1, 2, 8b et 9 vent significatifs par rapport a une disposition reelle de ces bornes. Le substrat 100 est dispose au dessus du substrat 200 par rapport a la surface S2, parallelement a celle-ci et a une distance de S2 de l'ordre de 0,1 millimetre, par exemple. Les surfaces respectives S1 et S2 des substrats et 200 sur lesquelles vent realises les composants electroniques vent placees en vis-a-vis. Afin de procurer une meilleure lisibilite a la figure 3, le substrat 100 est represente en position retournee et deplacee a cote de son emplacement reel au dessus du substrat 200. Son emplacement reel est symbolise par des pointilles reprenant les contours du substrat 100. Des fleches associent respectivement les trots bornes d'entree 1, 8b et 9 portees par le substrat 100 avec trots boules de soudures 7a, 8a et 9a disposees sur la surface S2 du substrat 200, avec lesquelles les trots bornes d'entree 1, 8b et 9 vent respectivement en contact dans la position reelle du substrat 100. Ces boules de soudure 7a, 8a et 9a vent connues sous ['appellation > et realisent des contacts electriques entre des points respectifs des substrats 100 et 200 situes en vis-a-vis. Dans le mode de realisation decrit ici, des liaisons conductrices reliant respectivement la borne d'entree 1 au condensateur 3 et le ncoud N a un point du substrat 100 comprennent chacune une piste metallique, respectivement 7 - 8 et 8, formee a la surface du substrat 100. Les pistes 7 et 8 vent realisees a la surface du substrat 200 selon l'une des methodes connues de l'homme du metier, comprenant par exemple des etapes de gravure, de depot de materiau metallique eVou de polissage. Dans un mode de realisation alternatif du dispositif de ['invention, le condensateur 3 est constitue d'un composant discret rapporte sur la surface du substrat 200, et connecte aux bornes 1 et 2 par des liaisons electriques adaptees pouvant etre, par exemple, des fils metalliques autosupportes. Des tests de resistance a des decharges electrostatiques ont ete realises selon la norme >, sur un dispositif electrique tel que decrit ci dessus en reference a la figure 3. Selon cette norme, une impulsion de courant electrique est produite par un generateur de courant relic d'une part a la borne de connexion exterieure 2 et d'autre part a la borne de masse M, selon le schema electrique de la figure 4. Le generateur 50 est relic a la borne 2 par l'intermediaire d'une resistance 51 de 1,5 kiloohm et d'un condensateur 52 de picofarads connectes en eerie. L'impulsion de courant delivree par le generateur 50 presente une montee rapide d'intensite pendant, par exemple, 10 nanosecondes, jusqu'a une valeur instantanee maximale ajustee en fonction d'un niveau de tension de decharge requis. Ce niveau de tension de decharge doit etre superieur a 2, 2 kilovolts sans que le dispositif electrique teste ne soit endommage, afin de garantir sa resistance a des decharges electrostatiques survenant lors de manipulations du dispositif par un operateur. Les condensateurs serie 3 des dispositifs electriques soumis au test de decharge electrostatique ont une capacite de 150 picofarads. Pour un dispositif electrique correspondent a la figure 3 mais ne comprenant pas de liaison electrique entre le nceud N et le limiteur de tension 4, par exemple en ['absence de la piste 8, un claquage du dielectrique isolant du condensateur serie 3 est systematiquement observe pour des impulsions de courant associees a des niveaux de tension de decharge superieurs a 250 volts. Lorsque le dispositif electrique comprend une liaison electrique entre le nceud N et le limiteur de tension 4, telle que representee sur la figure 3, des decharges electrostatiques positives apportees par le generateur 50 sur la borne de connexion exterieure 2 vent evacuees par le limiteur de tension 4 vers la borne de masse M. A titre d'exemple, pour un limiteur de tension 4 ayant tension de seuil de 3 volts, la tension electrique entre la borne de connexion exterieure 2 et la borne de masse M atteint une valeur maximale de 6j3 volts lors de decharges electrostatiques correspondent a un niveau de tension de 880 volts. L'ecart entre cette valeur maximale de tension et le seuil du limiteur de tension 4 est dG a une tension d'environ 0,7 volt aux bornes de la diode 5 lorsque celle-ci est traversee par le courant de decharge, ainsi qu'a. une tension developpee au sein des liaisons electriques traversees par le courant de decharge, notamment la piste 8. Simultanement, la tension entre la borne d'entree 1 et la borne de masse M atteint une valeur maximale d'environ 3,8 volts. Ces faibles valeurs maximales atteintes par les tensions electriques entre la borne de connexion 2 et la borne de masse M d'une part et entre la borne d'entree 1 et la borne de masse M d'autre part assurent la preservation du dielectrique isolant du condensateur serie 3. - 10 REVENDICATIONS 1. Dispositif electrique comprenant un premier support (100) portent au moins une borne d'entree (1), un circuit electrique (20) relic a la borne d'entree et un limiteur de tension electrique (4), et comprenant un second support (200) portent au moins une borne de connexion exterieure (2), la borne de connexion exterieure etant reliee a la borne d'entree par un condensateur (3), dans lequel la liaison entre le condensateur et la borne de connexion exterieure comprend un nceud (N) relic au limiteur de tension electrique de fa,con a limiter une tension electrique entre ledit ncoud et un point de reference (M) du circuit 1 o electrique. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le condensateur (3) est porte par le second support (200). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit nceud (N) est relic d'une part au limiteur de tension (4) par une premiere diode (5) et d'autre part au point de reference (M) par une seconde diode (6), la premiere diode ayant sa cathode connectee au limiteur de tension et son anode connectee audit nceud, et la seconde diode ayant sa cathode connectee audit nceud et son anode connectee audit point de reference. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes, dans lequel le premier support (100) est a base de silicium. 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, dans lequel les premiere (5) et seconde (6) diodes vent portees par le premier support (100). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications precedentes, dans lequel le second support (200) est en materiau isolant electrique. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel le second support est en verre. 8. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le condensateur (3) comprend deux portions de couches metalliques superposees formees a la surface du second support (200) et au moins une portion de couche dielectrique isolante disposee entre les deux portions de couches metalliques. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 a 8, dans lequel une premiere liaison conductrice reliant la borne d'entree (1) au condensateur (3) comprend une piste metallique (7) formee a la surface du second support (200). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 a 9, dans lequel une seconde liaison conductrice reliant ledit nceud (N) a un point porte par le premier support (100) comprend une piste metallique (8) formee a la surface du second support (200). 1 1. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 a 10, 0 comprenant au moins une autre borne d'entree (9) reliee d'une part au limiteur de tension (4) par une troisieme diode (12) et d'autre part au point de reference (M) par une quatrieme diode (13), la troisieme diode ayant sa cathode connectee au limiteur de tension et son anode connectee a ladite autre borne d'entree (9), et la quatrieme diode ayant sa cathode connectee a ladite autre borne d'entree (9) et son anode connectee audit point de reference. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 a 11, dans lequel ladite borne d'entree (1) est reliee d'une part au limiteur de tension (4) par une cinquieme diode (10) et d'autre part au point de reference (M) par une sixieme diode (11), la cinquieme diode ayant sa cathode connectee au limiteur de tension et son anode connectee a ladite borne d'entree (1), et la sixieme diode ayant sa cathode connectee a ladite borne d'entree (1) et son anode