Brevet FR2906962A1 — publié le 20080411

SELF INTEGREE DANS UN CIRCUIT IMPRIME L'invention concerne notamment une self en trois dimensions réalisées sur 5 un circuit imprimé. Elle peut aussi concerner toute self devant être réalisée dans un circuit constitué d'un matériau présentant une certaine épaisseur, chaque face de ce matériau comprenant des pistes métallisées. Le matériau est par exemple un matériau hyperfréquence. 10 Elle peut être utilisée au niveau des filtres pour les équipements de radio communication. Habituellement dans la conception de filtres spécifiques et performants, il est nécessaire de réaliser des selfs à air dont le bobinage s'effectue sur un 15 mandrin spécifique. Le sens de l'enroulement, le volume de la self et la grosseur du fil sont choisis en fonction du besoin. Ce mode de fabrication requiert une très grande précision dans la fabrication de la self spécifique. Il est nécessaire d'avoir une grande précision sur le mandrin supportant l'enroulement et donc de résoudre tout problème 20 mécanique susceptible d'exister. D'autre part, le diamètre du fil venant se bobiner sur le mandrin doit être parfaitement contrôlé, au moment du bobinage la tension sur le fil doit être constante et enfin le tout soit fixé ou moulé pour éviter toute déformation ultérieure. En général les méthodes connues de l'art antérieur, nécessitent des réglages 25 qui conduisent à différents inconvénients, par exemple, une augmentation du nombre de composantes, une fiabilité dégradée, un coût lié à sa fabrication et au temps de réglage. L'idée de la présente invention est de réaliser les selfs, notamment les selfs d'accord dans le cas de filtre, directement sur un circuit imprimé. 30 2906962 2 L'invention concerne une self imprimée sur un matériau d'épaisseur H, la self comportant une ou plusieurs spires caractérisée en ce qu'une spire est constituée d'une première piste métallisée déposée sur une première face du matériau, d'une deuxième piste métallisée déposée sur une deuxième face du matériau, une piste déposée sur la première face étant réunie à une piste déposée sur la deuxième face au moyen d'au moins un trou métallisé traversant l'épaisseur H du matériau. L'invention concerne une self imprimée sur un matériau d'épaisseur H, la self comportant une ou plusieurs spires caractérisée en ce qu'une spire est constituée d'une première piste métallisée déposée sur une première face du matériau, d'une deuxième piste métallisée déposée sur une deuxième face du matériau, une piste déposée sur la première face étant réunie à une piste déposée sur la deuxième face au moyen d'au moins un trou métallisé traversant l'épaisseur H du matériau. Le procédé selon l'invention présente notamment les avantages suivants : • Une grande reproductibilité sur les valeurs des selfs, • De figer son environnement (d'être maître des couplages 20 magnétiques, de tous les éléments parasites), • De bénéficier de la précision de la technique de circuit imprimé, • De s'affranchir des problèmes de câblage, • D'obtenir des coefficients de qualité élevés, • De faire simplement des clones de self (avantage important pour 25 certaines applications : filtre notamment). D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif annexé des figures qui 30 représentent : 2906962 3 • La figure 1 une vue d'ensemble d'une self réalisée sur un circuit imprimé, • La figure 2 un schéma représentatif d'une self imprimée, • La figure 3 un exemple d'implantation d'un filtre tractable, et 5 • La figure 4 un autre exemple d'implantation d'un filtre tractable. Afin de mieux faire comprendre l'objet de la présente invention, la description qui suit est donnée à titre illustratif et non limitatif pour une self réalisée sur un circuit imprimé et pouvant servir comme self d'accord pour un filtre. 10 Sur la figure 1, on a représenté une vue d'ensemble d'un circuit imprimé 1 constitué d'un matériau hyper fréquence et comprenant une première face 2 ou face inférieure, une deuxième face 3 ou face supérieure. Le circuit imprimé possède une épaisseur e correspondant sensiblement à la hauteur H d'une spire tel que détaillé dans la suite. Sur chacune des faces 2, 3 sont 15 déposées une ou plusieurs pistes 4i métallisées constituées, par exemple de cuivre recouvert d'or. Les selfs d'accord sont réalisées directement sur circuit imprimé et dans le cas du présent exemple d'application, les pistes 4i sur les deux faces extérieures sont reliées entre elles par des orifices métallisés 5i, dénommés habituellement vias, l'ensemble réalisant des spires de section rectangulaire telles que représentées sur cette figure 1. Les spires sont en trois dimensions. Les critères suivants sont respectés : • la largeur des pistes est choisie afin de respecter la conduction par effet de peau, • les dimensions des vias sont déterminées afin de respecter la conduction par effet de peau, • l'écartement des pistes est choisi afin de minimiser la capacité inter spires. La valeur de la self ainsi constituée dépend notamment des paramètres suivants ; de l'épaisseur du circuit imprimé, du nombre de piste (équivalent spire), de l'aspect physique des pistes (longueur, largeur, inclinaison, par exemple). 2906962 4 Le coefficient de qualité Q de la self dépend notamment : • des dimensions physiques de l'ensemble (longueur, largeur, épaisseur ). C'est le facteur de forme physique. Une forme cubique donne le meilleur Q, 5 • de l'écartement entre pistes (équivalent capacité parasite entre spires pour une self à l'air selon l'art antérieur), • du traitement de surface des pistes (dorure électro-chimique ou tout traitement équivalent), • de la grandeur physique et électrique des vias traversantes (diamètre 10 des trous et épaisseur de cuivre de métallisation), • de la proximité des plans de masse et des blindages. La figure 2 représente un schéma d'une self imprimée selon l'invention. La self est caractérisée par une largeur I, une longueur Long et une hauteur H correspondant à l'épaisseur du circuit imprimé. L'ensemble Longueur, largeur 15 I et hauteur H forme une section d'une spire dans laquelle circulent les lignes de champs = largeur*hauteur. On suppose que la section rectangulaire dans laquelle circulent les lignes de champs est assimilable à une section circulaire. De la section rectangulaire, le diamètre de la section équivalente circulaire est déduit : 20 Déqui = 2*V (I*H/ rr) On détermine la valeur des selfs imprimées en utilisant Déqui dans la formule de PIAT connue de l'Homme du métier, ce qui conduit à : L(nH) = 100[ (D équi*N2)/(40+(110*Long/ D équi))] Soit : 25 L(nH) = 100[ (2*V (rH/ rr)*N2)/(40+(110*Long/ 2*\l (I*H/ rr)))] Avec N le nombre de spires, Long = la longueur de la self, I = largeur et H= l'épaisseur du circuit imprimée. Les paramètres longueur, largeur, épaisseur du matériau (ou hauteur de la spire) ainsi que le nombre N de spires sont dimensionnées en fonction de 30 l'application visée. 2906962 5 Les figures 3 et 4 représentent deux variantes de réalisation selon l'invention concernant deux filtres tractables couvrant des gammes de fréquences différentes avec chacun leurs deux selfs identiques mais à sens d'enroulement inverse intégrées dans le circuit imprimé. La valeur de la self 5 est adaptée aux besoins. Sur la figure 3 les selfs L3 et L4 sont symétriques, à sens d'enroulement inverse. La distance d entre les lignes médianes des selfs est choisie de façon à respecter le couplage magnétique. De la même façon, la position des vias par rapport aux lignes de masse du circuit intégré sera respectée de 10 façon à éviter ou minimiser les capacités parasites en respectant: la maîtrise de l'éloignement des masses. De manière similaire à ce qui a été décrit précédemment, • la largeur des pistes est choisie afin de respecter la conduction par effet de peau, 15 • les dimensions des vias sont déterminées pour respecter la conduction par effet de peau, • l'écartement des pistes est choisi pour minimiser la capacité inter spires. La référence P1 correspond à une piste déposée sur la face supérieure du 20 matériau, la référence P2 sur la face inférieure du matériau et Vi les vias ou trous métallisés. La figure 4 représente une autre variante de réalisation pour laquelle les selfs L5 et L6 sont enroulées en sens inverse avec des valeurs adaptées aux besoins de l'application. 25 REVENDICATIONS 1 ù Self imprimée sur un matériau d'épaisseur H, la self comportant une ou plusieurs spires, caractérisée en ce qu'une spire est constituée d'une première piste métallisée (P1) déposée sur une première face du matériau, d'une deuxième piste métallisée (P2) déposée sur une deuxième face du matériau, une piste (P1) déposée sur la première face étant réunie à une piste (P2) déposée sur la deuxième face au moyen d'au moins un trou métallisé (5i) traversant l'épaisseur H du matériau. 2 ù Self imprimée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une spire a une section rectangulaire. 3 ù Self imprimée selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une spire ayant une largeur I, une longueur Long, pour une valeur de self donnée, la valeur de la largeur I, de la Longueur Long, de l'épaisseur H du circuit imprimé et le Nombre de spires N est obtenue en utilisant la formule : L(nH) = 100[ (D équ;*N2)/(40+(110*Long/ D équ;))] où Déqui = 2*.Nl (I*H/ II)