Brevet FR2840112A1 — publié le 20031128

EQUIPEMENT ELECTRONIQUE HYPERFREQUENCE COMPORTANT UN BOITIER METALLIQUE La présente invention concerne le domaine des équipements électroniques pour modules optoélectroniques et en particulier un équipement électronique hyperfréquence comportant un boîtier métallique avec un fond et un couvercle et comprenant une carte électronique disposée sensiblement parallèlement audit fond et audit couvercle. De manière connue, les modules optoélectroniques utilisés dans les télécommunications optiques comprennent un équipement électronique hyperfréquence équipé d'un boîtier. Le boîtier est le siège d'ondes électromagnétiques de type Transverse Magnétique ou Transverse Electrique créées dans des cavités formées à l'intérieur de ce boîtier et caractérisées par leur longueur, leur largeur et leur hauteur. Les longueurs d'onde de telles ondes couramment appelées modes de cavités dépendent des dimensions de ces cavités. Il existe deux types de cavités. Dans un premier type, les cavités sont formées au sein du substrat de la carte électronique où sont placés les composants électroniques actifs et passifs. Cette carte est typiquement disposée parallèlement au fond métallique du boîtier et généralement surélevée à l'aide d'une 'semelle' métallique. Dans un deuxième type, les cavités sont associées à la région dite aérienne située entre la carte et le couvercle métallique du boîtier. Lorsqu'un signal hyperfréquence modulé par exemple à 40 GHz est injecté dans cet équipement, certains de ces modes électromagnétiques sont excités et créent des résonances parasites aériennes ou de substrat limitant les performances de l'équipement. A titre d'exemple, lorsque l'équipement est un module d'amplification de signaux hyperfréquences, sa courbe de gain se trouve affectée par des fluctuations sur toute la gamme de fréquence de modulation dite bande utile. Une solution connue pour atténuer les résonances parasites de substrat consiste à réaliser dans la carte des trous métallisés ('via-hôtes' en anglais) pour interconnecter des couches conductrices de mise à la masse disposées sur les faces de la carte et connectées au fond du boîtier. Cette solution est proposée dans le module optoélectronique commercialisé sous le nom 'A1915LMM' par la société ALCATEL. Cependant, il n'existe pas de solution permettant de réduire significativement le nombre des résonances parasites aériennes . Ce phénomène est particulièrement critique pour les applications large bande et/ou pour des signaux hyperfréquences de puissance importante. L'objet de l'invention est de fournir un boîtier pour équipement électronique hyperfréquence dont les résonances parasites de substrat et aériennes sont réduites en nombre et en intensité au moins dans la bande utile. A cet effet, la présente invention propose un équipement électronique hyperfréquence comportant un boîtier métallique ayant un fond et un couvercle et comprenant une carte électronique disposée sensiblement parallèlement audit fond et audit couvercle, ladite carte comprenant : - des couches conductrices de mise à la masse dites supérieure et inférieure, disposées respectivement sur les faces inférieure et supérieure de la carte, - des perforations transversales auxdites faces de la carte et délimitées par des parois conductrices pour l'interconnexion électrique desdites couches, caractérisé en ce qu'au moins une partie desdites parois est interconnectée électriquement au couvercle du boîtier au moyen d'éléments conducteurs de mise à la masse. Les éléments de mise à la masse selon l'invention participent à la continuité électrique entre le fond, relié à la couche inférieure, et le couvercle du boîtier. Ces éléments assurent le court circuit des champs électriques associés aux modes de résonances électromagnétiques transversales et longitudinales. En diminuant notamment les dimensions des cavités aériennes , les longueurs d'onde des résonances aériennes sont décalées à des fréquences plus élevées que celles de la bande utile. Cette mise à la masse permet d'éviter les fluctuations des tensions électriques par les phénomènes de résonances parasites électromagnétiques : un signal utile injecté dans l'équipement est donc faiblement distordu en sortie de ce dernier, ce qui limite la génération d'erreurs dégradant la qualité des transmissions. Dans un mode de réalisation préféré, l'équipement étant conçu pour un fonctionnement en-dessous d'une fréquence micro-ondes maximum, la répartition desdits éléments de mise à la masse est telle que la distance entre les centres de deux éléments adjacents est inférieure à la moitié de la longueur d'onde effective associée à ladite fréquence maximum. On entend par adjacents, des éléments de mise à la masse qui ne sont pas séparés par des éléments électroniques du circuit intégré sur la carte. Par ailleurs, la valeur de la longueur d'onde dite effective se calcule en tenant compte de la propagation des ondes dans l'air et dans le substrat diélectrique de la carte, le long des lignes hyperfréquences de la carte. En outre, la couche supérieure selon l'invention peut être formée de préférence d'une pluralité d'éléments métalliques sensiblement carrés, chacun comportant en son centre l'une desdites perforations et recevant l'un desdits éléments de mise à la masse associé. Dans un mode de réalisation avantageux, chaque élément de mise à la masse, dit aiguille, peut être métallique, ladite aiguille étant disposée transversalement par rapport auxdites faces et comprenant une partie supérieure cylindrique débouchant sur une partie inférieure tronconique, ladite partie inférieure étant prolongée par ladite perforation associée et étant en contact avec ladite couche supérieure. Un réseau d'aiguilles métalliques selon l'invention est de fabrication simple. De préférence, chacune desdites aiguilles est respectivement centrée sur l'un des éléments carrés et ladite partie supérieure présente un diamètre compris entre le diamètre de la perforation associée et la longueur du côté du carré associé. Chaque aiguille peut supporter deux lames métalliques disposées de part et d'autre de ladite partie supérieure dans un même plan dit de lame et transversal auxdites faces, lesdites lames étant recouvertes au moins en partie d'un matériau absorbant les hyperfréquences inférieures ou égales à ladite fréquence maximum des modes résonnants. De préférence, deux plans de lames appartenant respectivement à deux aiguilles adjacentes peuvent être sensiblement perpendiculaires. Le couvercle selon l'invention peut comprendre dans sa face inférieure des cavités, chacune couplée avec un élément de mise à la masse via un ressort métallique disposé transversalement par rapport à ladite face du couvercle. Naturellement l'invention s'applique également à un module optoélectronique incorporant l'équipement électronique hyperfréquence tel que défini précédemment. Les caractéristiques et objets de la présente invention ressortiront de la description détaillée donnée ci-après en regard de la figures annexée, présentée à titre illustratif et nullement limitatif. Dans ces figures : # la figure 1 montre une vue partielle en coupe transversale selon un plan B-B' d'un équipement électronique hyperfréquence comportant un boîtier incluant une carte électronique selon un mode de réalisation préféré de l'invention; # la figure 2 représente une vue partielle agrandie et en coupe selon un plan A-A' de l'équipement présenté en figure 1 ; # la figure 3 représente une vue schématique de dessus de l'équipement électronique hyperfréquence de la figure 1, le boîtier étant représenté sans son couvercle. La figure 1 montre une vue partielle en coupe transversale selon un plan B-B' d'un équipement électronique hyperfréquence selon l'invention comportant un boîtier 2 avec un fond 21 et un couvercle 23 et comprenant une carte électronique 3 rectangulaire comportant un substrat diélectrique 30 en alumine disposé sensiblement parallèlement audit fond 21 et audit couvercle 23. Les parois transversales du boîtier 2 ne sont pas représentés sur la figure 1 pour plus de clarté. La carte électronique 3 telle que représentée dans cette figure 1 repose sur une semelle métallique 24 pour l'évacuation de la chaleur et comprend en outre : - une face inférieure 31, connectée au fond 21, entièrement recouverte d'une couche inférieure 41 de mise à la masse, par exemple en or et d'épaisseur de quelques microns, - une face supérieure 32, côté couvercle 23, comportant un élément métallique 5a par exemple en or et sensiblement carré, de côté égal à 0,5 mm environ et d'épaisseur de quelques microns, le carré métallique 5a appartenant à une couche supérieure 42 de mise à la masse recouvrant partiellement la face 32. En outre, une perforation 7a est réalisée dans la carte 3 transversalement aux faces 31,32. Cette perforation, dite trou métallisé, est délimitée par des parois transversales 71 en or, présente un diamètre de l'ordre de 0,4 mm, et permet l'interconnexion électrique entre les couches inférieure et supérieure 41,42. Le trou métallisé 7a est centré sur le carré métallique 5a tout comme une aiguille métallique 8a, par exemple en acier inoxydable, s'étendant depuis la face supérieure 42 jusqu'au couvercle 23. L'aiguille métallique 8a comprend une tête 81 cylindrique et une partie supérieure 82, également cylindrique, débouchant sur une partie inférieure tronconique 83 reposant sur le carré métallique 5a. La hauteur de l'aiguille 8a est de l'ordre de 3 mm. Afin de corriger une éventuelle dispersion entre les longueurs d'aiguilles, la tête 81 est solidaire d'un ressort métallique 9, lesquels sont disposés dans une cavité aménagée 10 sur la face inférieure 230 du couvercle 23. Par ailleurs, la tête 81 repose par ses extrémités sur une platine métallique 23' solidaire de la face inférieure 230 et alésée pour le passage de la partie cylindrique 82. Le diamètre de la partie supérieure cylindrique 82 est compris entre 0,4 mm et 0,5 mm. Deux lames métalliques 11, 11' rectangulaires et formant un groupe de lames 11a sont montées via une gaine métallique 12 de part et d'autre de la partie supérieure cylindrique 82, définissant un plan dit de lame P1 transversal aux faces 41, 42 de la carte 3. En outre, les lames 11, 11' sont partiellement recouvertes d'un matériau 13,13' (en trait pointillé), tel que certaines mousses absorbantes au carbone, diminuant, dans la bande utile, le niveau d'énergie hyperfréquence associée aux modes parasites résonnants. La figure 2 représente une vue en coupe selon le plan A-A' parallèle à la carte 3 de l'équipement présenté partiellement en figure 1 afin de mieux définir les relations géométriques entre les éléments 11 à 13' appartenant à l'aiguille 8a d'une part et d'autre part entre l'aiguille 8a et respectivement le trou métallisé 7a (en trait pointillé) et le carré métallique 5a. La figure 3 représente une vue schématique de dessus de l'équipement électronique hyperfréquence 1 présenté partiellement en figure 1, le boîtier 2 composé du fond 21, de parois transversales 22 et du couvercle, étant représenté sans son couvercle pour plus de clarté. Le plan de coupe B-B' de la figure 1 est en outre représenté. L'équipement électronique 1 est destiné à commander un modulateur électro-optique de type à électro-absorption ou à niobate de lithium (non représenté, placé sur la droite de l'équipement dans la figure 3). L'équipement est par exemple un amplificateur des signaux hyperfréquences modulés large bande par exemple jusqu'à 40 GHz, produits par exemple par un multiplexeur électrique (non représenté placé à gauche de l'équipement 1 dans la figure 3), dits signaux utiles Si. Les signaux utiles d'entrée si sont de bas niveau de puissance, typiquement de tension crête à crête de l'ordre de 0,4 V. Les signaux de sortie S2 présentent une tension crête à crête entre 4 V à 6 V environ. Ces signaux de sortie S2 sont injectés dans le modulateur électro-optique transférant la modulation et donc les données formant l'information à des signaux optiques pour sa transmission par voie optique. La couche supérieure 42 est formée d'une pluralité de carrés métalliques 5 similaires au carré 5a (voir figure 1). Ces éléments 5 sont répartis sur la carte électronique 3 de part et d'autre d'un circuit intégré 6 incluant les composants actifs que sont les préamplificateur électrique 61 et amplificateur électrique 62, disposés respectivement entre des lignes de guidage d'entrée 63 et de sortie 64 des signaux utiles d'entrée Si et de sortie S2 respectivement. Des plans de métallisation 65 sont classiquement réalisés au voisinage des composants actifs 61,62 dont certains avec des contacts 66 pour placer l'alimentation des amplificateurs et des composants passifs (résistances, capacités non représentés). De cette façon, une tension de polarisation continue est délivrée aux amplificateurs et les fuites des signaux utiles s, se propageant dans l'équipement sont limitées. En outre, chaque carré métallique 5 comporte en son centre un trou métallisé 7 (en trait pointillé) et supporte une aiguille 8 également centrée. Les trous 7 et aiguilles 8 sont similaires au trou métallisé 7a et à l'aiguille 8a détaillés en figures 1 et 2. La répartition des aiguilles 8 est telle que la distance entre les centres de deux aiguilles adjacentes, par exemple les aiguilles 8a et 8b, est d'environ 1 mm. Cette distance est inférieure à la moitié de la longueur d'onde effective à 40 GHz, cette demi-longueur d'onde étant typiquement de l'ordre de 1,5 mm. Le fonctionnement en dessous de 40 GHz est ainsi optimisé par une réduction en nombre et en intensité des modes de cavités parasites de substrat et aériens dans la bande utile grâce aux aiguilles 8 couplées aux trous métallisés 7 et au couvercle. De cette façon, le signal utile de sortie S2 n'est pas distordu et le niveau de puissance requis est atteint. Les plans de lames P1, P2 définis par deux groupes 11a, llb de lames portées respectivement par les deux aiguilles adjacentes 8a, 8b sont sensiblement perpendiculaires afin d'augmenter la taille des lames et la quantité de matériau absorbant déposée. L'équipement électronique 1 peut faire partie d'un module électrooptique. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre purement illustratif. On pourra sans sortir du cadre de l'invention remplacer tout moyen par un moyen équivalent. Les éléments de mise à la masse selon l'invention peuvent aussi être de type tubulaire, filaire ou planaire. REVENDICATIONS 1. Equipement électronique hyperfréquence (1) comportant un boîtier métallique (2) ayant un fond (21) et un couvercle (23) et comprenant une carte électronique (3) disposée sensiblement parallèlement audit fond et audit couvercle, ladite carte comprenant : - des couches conductrices de mise à la masse (41,42) dites inférieure et supérieure, disposées respectivement sur les faces (31, 32) inférieure et supérieure de la carte, - des perforations transversales (7,7a) auxdites faces de la carte et délimitées par des parois conductrices (71) pour l'interconnexion électrique desdites couches (41,42), caractérisé en ce qu'au moins une partie desdites parois (71) est interconnectée électriquement au couvercle du boîtier au moyen d'éléments conducteurs (8,8a, 8b) de mise à la masse. 2. Equipement électronique hyperfréquence (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que, ledit équipement étant conçu pour un fonctionnement en dessous d'une fréquence micro-ondes maximum, la répartition desdits éléments de mise à la masse (8,8a, 8b) est telle que la distance entre les centres de deux éléments adjacents (8a, 8b) est inférieure à la moitié de la longueur d'onde effective associée à ladite fréquence maximum. 3. Equipement électronique hyperfréquence (1) selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la couche supérieure (42) est formée d'une pluralité d'éléments métalliques sensiblement carrés (5, 5a), chacun comportant en son centre l'une desdites perforations (7,7a) et recevant l'un desdits éléments de mise à la masse (8,8a, 8b) associé. 4. Equipement électronique hyperfréquence (1) selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que chacun desdits éléments de mise à la masse (8,8a, 8b), dit aiguille, est métallique, ladite aiguille (8a) étant disposée transversalement par rapport auxdites faces (31, 32) et comprenant une partie supérieure cylindrique (82) débouchant sur une partie inférieure tronconique (83), ladite partie inférieure étant prolongée par ladite perforation associée (7a) et étant en contact avec ladite couche supérieure (42). 5. Equipement électronique hyperfréquence (1) selon la revendication 4 caractérisé en ce que chacune desdites aiguilles (8,8a, 8b) est respectivement centrée sur l'un desdits éléments carrés (5, 5a) et ladite partie supérieure (82) présente un diamètre compris entre le diamètre de la perforation associée (7a) et la longueur du côté dudit carré associé (5a). 6. Equipement électronique hyperfréquence (1) selon l'une des revendications 4 ou 5 caractérisé en ce que chaque aiguille (8a) supporte deux lames métalliques (11, 11') disposées de part et d'autre de ladite partie supérieure (82) dans un même plan dit de lame (P1) et transversal auxdites faces (31,32), lesdites lames étant recouvertes au moins en partie d'un matériau absorbant (13,13') les hyperfréquences inférieures ou égales à ladite fréquence maximum. 7. Equipement électronique hyperfréquence (1) selon la revendication 6 caractérisé en ce que deux plans de lames (P1, P2) appartenant respectivement à deux aiguilles adjacentes (8a, 8b) sont sensiblement perpendiculaires. 8. Equipement électronique hyperfréquence (1) selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le couvercle (23) comprend dans sa face inférieure (230) des cavités (10), chacune couplée avec l'un desdits éléments de mise à la masse (8a) via un ressort métallique (9) disposé transversalement par rapport à ladite face du couvercle. 9. Module optoélectronique incorporant un équipement électronique hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 8.