Brevet FR2929069A1 — publié le 20090925

'l Module de confinement électromagnétique pour composants électroniques La présente invention concerne un module de confinement pour composants électroniques. Elle s'applique par exemple dans le domaine de l'électronique hyperfréquence. Les chaînes complexes de traitement du signal hyperfréquence d'un radar nécessitent la mise en cascade de fonctions de base dans des modules à très haut niveau d'intégration. Mais la technologie d'intégration ne doit pas dégrader les performances élémentaires de ces fonctions de base. Le haut niveau d'intégration des modules implique notamment un isolement fort entre les différents éléments de la chaîne de traitement hyperfréquence, afin de limiter les phénomènes d'interférences électromagnétiques, ceci dans une très large bande de fréquence. Des solutions actuelles proposent classiquement de confiner par blindage les blocs fonctionnels et les lignes de transmission qui forment le circuit implémentant la chaîne de traitement. Par exemple, des boîtiers métalliques selon l'art antérieur comportent des cavités creusées dans la masse métallique du boîtier, les cavités formant des alvéoles et des canaux reliant les alvéoles entre elles. Les alvéoles accueillent les blocs fonctionnels implémentés par des composants électroniques plus ou moins complexes. Des tensions de polarisation et de commande arrivent aux blocs fonctionnels dans les alvéoles par des ouvertures creusées dans le fond du boîtier. Les canaux accueillent les lignes de transmissions reliant les blocs fonctionnels entre eux. Le boîtier est fermé par un couvercle métallique. D'épaisseur relativement faible par rapport à l'épaisseur du boîtier mais devant être en bon contact électrique avec toutes les cloisons de séparation entre les cavités, le couvercle est soudé au boîtier en différents endroits du boîtier, pas seulement au niveau des bords, par une technologie de soudure au laser par exemple. En effet, un assemblage par les bords ne procurerait pas un contact électrique suffisant avec toutes les cloisons de séparation entre les cavités, à cause notamment des déformations du couvercle qui est de trop faible épaisseur. Un inconvénient majeur de cette solution est le morcellement du circuit, qui est éclaté sur plusieurs substrats éparpillés dans les alvéoles, rendant compliquée et donc coûteuse l'industrialisation du module dans son ensemble. Les discontinuités électriques dues aux coupures de substrat entre les blocs fonctionnels limitent également les performances de la chaîne de traitement. De plus, les ouvertures creusées dans le fond du boîtier pour amener les tensions de polarisation et de commande aux blocs fonctionnels compliquent encore l'usinage du boîtier. Enfin, les blocs fonctionnels étant difficilement accessibles car enchâssées dans les alvéoles fermées par soudage, la maintenance du module est plutôt difficile. D'autres solutions actuelles proposent également de confiner par blindage les blocs fonctionnels et les lignes de transmission, mais en creusant des cavités dans la masse d'un couvercle métallique plus épais plutôt que dans un boîtier. Ainsi, les blocs fonctionnels et les lignes de transmission qui forment le circuit implémentant la chaîne de traitement peuvent être assemblés sur un même substrat, ce qui facilite l'industrialisation du circuit sans vraiment compliquer l'usinage de l'ensemble boîtier-couvercle. Pour assurer la continuité du blindage entre les blocs fonctionnels et les lignes de transmission, des vias métalliques relient le fond du boîtier métallique au couvercle métallique en traversant le circuit. Plus épais, le couvercle ne se déforme pas et il peut donc être assemblé au boîtier au niveau des bords uniquement, tout en assurant un contact électrique suffisant avec les vias pour maintenir la continuité du blindage. Un inconvénient majeur de cette solution tient au fait que le circuit n'est pas supporté par le boîtier lui-même, mais par un substrat inséré dans le boîtier. Or, le substrat inséré dans le boîtier fait nécessairement apparaître une fente entre le substrat et le boîtier, fente qui s'étend tout le long des bords du substrat. Et cette fente doit nécessairement être traversée par la ou les lignes acheminant un ou plusieurs signaux d'entrée dans le module et par la ou les lignes de sortie acheminant un ou plusieurs signaux hors du module. D'une part, deux lignes d'entrée/sortie partagent un même volume formé par la fente, elles ne sont donc pas confinées l'une par rapport à l'autre. D'autre part, la surface du couvercle devant s'inscrire dans la surface du substrat pour pouvoir exercer une pression suffisante sur les vias métalliques qui traversent le substrat, la fente se retrouve visible de l'extérieur même du module, provoquant de véritables fuites électromagnétiques vers l'extérieur du module au niveau des connecteurs d'entrée et de sortie du module. II s'agit là de l'un des problèmes techniques que la présente invention se propose de résoudre. L'invention a notamment pour but de pallier les inconvénients précités en confinant efficacement la ligne d'entrée et la ligne de sortie. A cet io effet, l'invention a pour objet un module de confinement électromagnétique. Le module comporte un boîtier métallique fermé par un couvercle métallique. Le module contient un circuit imprimé disposé à plat au fond du boîtier, une ligne d'entrée/sortie quittant le circuit: imprimé par un des ses bord pour traverser perpendiculairement une paroi du boîtier. Un cylindre d'axe creux 15 est disposé sur la face intérieure de cette paroi, l'axe du cylindre étant sensiblement perpendiculaire à la paroi et la ligne d'entrée/sortie traversant le cylindre sensiblement selon son axe. Le couvercle comporte une encoche dont le fond a la forme d'un demi cylindre de même diamètre que le cylindre, le cylindre s'emboîtant sans jeu dans l'encoche lorsque le couvercle est 20 fermé, de manière à confiner électrornagnétiquement la portion de la ligne d'entrée/sortie située dans le module entre le bord du circuit imprimé et la paroi du boîtier. Dans un mode de réalisation, le circuit imprimé peut comporter sur sa face supérieure des composants électroniques reliés par des lignes de 25 transmission. Le circuit imprimé peut également comporter une couche métallisée s'étendant sur toute sa face inférieure et une couche métallisée s'étendant sur toute sa face supérieure sauf à proximité des composants électroniques et des lignes de transmission. Des trous métallisés peuvent traverser le circuit imprimé pour relier électriquement les deux couches 30 métallisées. Le couvercle peut comporter des alvéoles et des canaux en regard des composants électroniques et des lignes de transmission, dans lesquels les composants et les lignes de transmission viennent respectivement se loger lorsque le couvercle est fermé. Le cylindre peut alors s'emboîter sans jeu dans l'encoche tout en permettant au couvercle 35 d'exercer une force d'appui sur le circuit imprimé au niveau de la zone métallisée de sa face supérieure, de manière à confiner électromagnétiquement les composants électroniques et les lignes de transmission. Avantageusement le circuit imprimé peut être un circuit multicouche comportant des pistes conductrices sur des couches internes, ces pistes conductrices véhiculant des tensions d'alimentation et des signaux de commande des composants électroniques. Ces tensions d'alimentation et ces signaux de commande peuvent alors pénétrer dans le module par un même connecteur d'entrée collectif, de manière à limiter encore les fuites 1 o électromagnétiques. Dans un mode de réalisation, le boîtier peut comporter un connecteur coaxial disposé sur la face extérieure de la paroi en regard du cylindre, l'âme centrale du connecteur pouvant être reliée à la ligne d'entrée/sortie. 15 Par exemple, le circuit imprimé est un circuit hyperfréquence. Dans un mode de réalisation, la force d'appui peut être obtenue par vissage du couvercle sur le boîtier. La ligne d'entrée/sortie peut être un microruban, de même que les lignes de transmission. Le cylindre peut être enfoncé en force dans un trou percé dans la 20 paroi du boîtier ou usiné dans la masse de la paroi du boîtier. L'invention a encore pour principaux avantages qu'elle permet d'implémenter la chaîne de traitement sur un seul circuit imprimé, le circuit 25 pouvant par conséquent être réalisé par un processus industriel des plus classiques à coût raisonnable, sans introduire de discontinuités électriques nuisant aux performances de la chaîne de traitement. 30 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard de dessins annexés qui représentent : la figure 1, par une vue en coupe, une illustration d'un exemple de réalisation d'un module de confinement électromagnétique selon la 35 présente invention ; la figure 2, par une autre vue en coupe, une illustration du même exemple de réalisation ; la figure 3, par une autre vue en coupe, une illustration du même exemple de réalisation. La figure 1 illustre, par une vue en coupe horizontale, un exemple de réalisation d'un module de confinement d'un circuit selon la présente invention. Dans cet exemple, il s'agit d'un circuit hyperfréquence. Le module 1 o comporte un boîtier formé par quatre parois métalliques verticales dont une paroi 1 et par un fond métallique horizontal non représenté sur la figure 1. Le boîtier forme donc un réceptacle parallélépipédique ouvert par sa face supérieure. Le boîtier est apte à être fermé par un couvercle métallique rectangualire 2, disposé horizontalement sur le boîtier, de sorte à former un 15 module de confinement selon l'invention. Seule la paroi 1 du boîtier est représentée sur la figure 1, la paroi 1 séparant l'intérieur et l'extérieur du boîtier. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le module de confinement contient un circuit imprimé multicouche 20, qui n'est illustré que sur les figures 2 et 3, disposé horizontalement au fond du boîtier. Le circuit 20 imprimé 20 comporte par exemple des composants électroniques 5, 6, 7 et 8 inter-connectés pour implémenter une fonction de traitement d'un signal hyperfréquence. Par exemple, le signal hyperfréquence peut être reçu en entrée du composant 5 par l'intermédiaire d'un microruban 9 disposé sur le circuit imprimé 20. Par exemple, le circuit imprimé 20 peut également 25 comporter un microruban 10 véhiculant le signal de sortie du composant 6 après traitement. Avantageusement, le couvercle métallique 2 comporte une alvéole 3 creusée dans la masse du couvercle 2 en regard des composants 5, 6, 7 et 8, ainsi qu'un canal 4 creusé dans la masse du couvercle 2 en regard du microruban 9 et un canal 11 creusé dans la masse du couvercle 2 30 en regard du microruban 10. Ainsi, une fois le boîtier fermé par le couvercle 2, les composants 5, 6, 7 et 8 viennent avantageusement se loger dans l'alvéole 3, le microruban 9 vient avantageusement se loger dans le canal 4 et le microruban 10 vient avantageusement se loger dans le canal 11. Il faut noter que le couvercle 2 peut comporter d'autres alvéoles et d'autres canaux 35 creusés dans sa masse et disséminés sur toute sa surface en regard des composants et des microrubans qui peuvent être disséminés sur toute la surface du circuit imprimé multicouche 20. Le couvercle métallique 2 comportant des alvéoles et des canaux creusés dans sa masse, il a nécessairement une épaisseur non négligeable de l'ordre de plusieurs millimètres. Par conséquent, il présente une bonne rigidité. Ainsi, une fois le boîtier fermé par le couvercle 2, le couvercle 2 pouvant être fixé rigidement au boîtier par des vis disposées aux quatres coins du couvercle 2 par exemple, la rigidité du couvercle 2 permet avantageusement à celui-ci d'exercer une force d'appui sur le circuit imprimé 20 enfermé dans le module de confinement. Avantageusement, la rigidité du couvercle 2 permet aussi que la force d'appui s'exerce sensiblement uniformément sur l'ensemble de la surface du circuit imprimé 20 en contact avec le couvercle 2, c'est-à- dire partout sauf là où une alvéole ou un canal a été creusé dans la masse du couvercle 2. Le boîtier peut par exemple comporter sur la face extérieure de sa paroi 1 un connecteur coaxial 12. Le connecteur coaxial 12 peut être vissé à la face extérieure de la paroi 1, dans un trou préalablement percé à travers la paroi 1 puis en partie taraudé. Une pièce métallique cylindrique et creuse formant un canon 13 peut alors être enfoncée en force dans le trou par la face intérieure de la paroi 1. Mais le canon 13 n'est enfoncé que partiellement dans le trou dans la paroi 1, de telle manière qu'il dépasse du trou de quelques milimètres à l'intérieur du boîtier. Ainsi, le connecteur coaxial 12 peut se prolonger dans le module de confinement à travers le canon 13, dont le corps est creux, par une connexion 14 conductrice correspondant à l'âme centrale d'une connexion coaxiale. La connexion 14 peut être reliée au microruban 9, de sorte que le connecteur 12 permet avantageusement d'amener dans le module de confinement le signal d'entrée hyperfréquence devant être traité par les composants 5, 6, 7 et 8. Le bord du couvercle 2 situé à l'intérieur du boîtier comporte une encoche creusée avec précision en regard du canon 13. Le fond de l'encoche est en forme de demi cylindre de même diamètre que le canon 13, pour permettre au canon 13 de s'emboîter sans jeu dans l'encoche. En confinant la connexion 14 lorsque celle-ci traverse la fente inévitablement laissée entre la paroi 1 et le circuit imprimé 20, le canon creux 13 empêche toutes fuites électromagnétiques. Il faut remarquer que dans une variante de réalisation, le canon 13 peut également être usiné dans la masse du boîtier au lieu d'être enfoncé en force. Un axe CI correspond à l'axe de coupe de la figure 2 et un axe C2 correspond à l'axe de coupe de la figure 3, les figures 2 et 3 étant détaillées ci-dessous. La figure 2 illustre, par une vue en coupe verticale selon l'axe C,, le même exemple de réalisation d'un module de confinement hyperfréquence que la figure 1. La figure 2 illustre notamment le circuit imprimé multicouche 20 comportant le microruban 9 inséré dans le canal 4 creusé dans la masse du couvercle métallique 2. Avantageusement, des trous métallisés 21 et 22 traversent le circuit imprimé multicouche 20, reliant ainsi électriquement une couche métallisée 24 formant avantageusement la couche inférieure du circuit imprimé multicouche 20 et une couche métallisée 23 formant avantageusement la couche supérieure du circuit imprimé multicouche 20. La couche métallisée 24 s'étend sur toute la surface du circuit imprimé multicouche 20. La couche métallisée 23 s'étend sur toute la surface du circuit imprimé multicouche 20, sauf à proximité des composants électroniques, comme les composants 5, 6, 7 et 8, et à proximité des microrubans, comme les microrubans 9 et 10. Les couches 23 et 24 sont reliées électriquement l'une à l'autre en de nombreux endroits du circuit imprimé multicouche 20, par des trous métallisés identiques aux trous métallisés 21 et 22. Les couches métallisées 23 et 24 constituent des plans de masse hyperfréquence. La force d'appui exercée par le couvercle 2 sur le circuit imprimé multicouche 20 permet d'une part d'établir un contact électrique franc entre la couche 23 et la face intérieure du couvercle 2, et d'autre part d'établir un contact électrique franc entre la couche 24 et le fond du boîtier. Ainsi, il y a continuité du blindage entre les alvéoles contenant des composants électroniques et entre les canaux contenant des microrubans. Quant aux couches internes du circuit imprimé multicouche 20, elles peuvent avantageusement permettre de véhiculer des tensions d'alimentation et des signaux de commande, avec des pistes conductrices par exemple. La figure 3 illustre, par une vue en coupe verticale selon l'axe C2, le même exemple de réalisation d'un rnodule de confinement hyperfréquence que les figures 1 et 2. La figure 3 illustre notamment le circuit imprimé multicouche 20 comportant les deux couches métallisées 23 et 24 reliées électriquement par les trous métallisés 21 et 22, ainsi que le microruban 9 en contact électrique avec la connexion 14 dans le corps creux du canon métallique 13 emboîté sans jeu dans l'encoche en demi cylindre creusée dans le couvercle 2. II faut remarquer que la précision avec laquelle l'encoche est creusée dans le bord intérieur du couvercle 2 en regard du 1 o canon 13 doit non seulement permettre au canon 13 de s'emboîter sans jeu dans l'encoche, mais qu'elle doit également permettre au couvercle 2 d'exercer une force d'appui suffisante sur le circuit imprimé multicouche 20. En effet, si l'encoche n'est pas suffisament profonde, alors le canon 13 vient buter au fond de l'encoche alors que le couvercle 2 n'appuie pas 15 suffisamment sur le circuit imprimé multicouche 20. Mais si l'encoche est usinée avec précision comme illustré par la figure 2, alors non seulement l'isolement électromagnétique des composants 5, 6, 7 et 9 et des microrubans 9 et 10 est assuré grâce à un appui suffisant du couvercle, mais également les fuites électromagnétiques sont supprimées en regard du 20 connecteur coaxial 12 dans la fente laissée entre la paroi 1 et le circuit imprimé 20. En effet, dans la fente le canon 13 emboîté sans jeu au fond de l'encoche creusée au bord du couvercle 2 assure le confinement électromagnétique de la connexion coaxiale 14 à l'endroit où elle est reliée au microruban 9. 25 Outre une amélioration significative de l'isolement électromagnétique du module de confinement, l'invention décrite précédemment autorise également un assemblage aisé du circuit imprimé, 30 qui peut se faire industriellement hors du module. Elle permet aussi une maintenance plus aisée du module, celui-ci pouvant être facilement ouvert et refermé facilement puisqu'il n'est pas nécessaire que le couvercle soit soudé. Par ailleurs, l'utilisation de microrubans continus limite les discontinuités électriques et les dégradations de performances associées. L'utilisation de 35 pistes conductrices pour véhiculer les tensions d'alimentation et les signaux de commande en couches internes du circuit imprimé évite également de percer le fond du boîtier, en réalisant par exemple une connexion collective unique de ces signaux en un seul point d'entrée dans le boîtier. Cela simplifie considérablement l'usinage du boîtier et améliore encore le confinement du module. REVENDICATIONS 1. Module de confinement électromagnétique comportant un boîtier métallique fermé par un couvercle métallique (2), le module contenant un circuit imprimé (20) disposé à plat au fond du boîtier, une ligne d'entrée/sortie (9) quittant le circuit imprimé (20) par un des ses bord pour traverser perpendiculairement une paroi (1) du boîtier, caractérisé en ce qu'un cylindre (13) d'axe creux est disposé sur la face intérieure de ladite paroi (1), l'axe du cylindre (13) étant sensiblement perpendiculaire à la paroi (1), la ligne d'entrée/sortie (9) traversant le cylindre (13) sensiblement selon son axe, le couvercle (2) comportant une encoche dont le fond a la forme d'un demi cylindre de même diamètre que le cylindre (13), le cylindre (13) s'emboîtant sans jeu dans l'encoche lorsque le couvercle (2) est fermé, de manière à confiner électromagnétiquement la portion de la ligne d'entrée/sortie (9) située dans le module entre le bord du circuit imprimé (20) et la paroi (1) du boîtier. 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit imprimé (20) comporte sur sa face supérieure des composants électroniques (5, 6, 7, 8) reliés par des lignes de transmission (9, 10), le circuit imprimé (20) comportant une couche métallisée (24) s'étendant sur toute sa face inférieure et une couche métallisée (23) s'étendant sur toute sa face supérieure sauf à proximité des composants électroniques (5, 6, 7, 8) et des lignes de transmission (9, 10), des trous métallisés (21, 22) traversant le circuit imprimé (20) pour relier électriquement les deux couches métallisées (24, 23), le couvercle (2) comportant des alvéoles (3) et des canaux (4, 11) en regard des composants électroniques (5, 6, 7, 8) et des lignes de transmission (9, 10) et dans lesquels les composants et les lignes de transmission viennent respectivement se loger lorsque le couvercle (2) est fermé, le cylindre (13) s'emboîtant sans jeu dans l'encoche tout en permettant au couvercle (2) d'exercer une force d'appui sur le circuit imprimé (20) au niveau de la zone métallisée (23) de sa face supérieure, de manière à confiner électromagnétiquement les composants électroniques (5, 6, 7, 8) et les lignes de transmission (9, 10). 3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit imprimé (20) est un circuit multicouche comportant des pistes conductrices sur des couches internes, lesdites pistes conductrices véhiculant des tensions d'alimentation et des signaux de commande des composants électroniques (5, 6, 7, 8), lesdites tensions d'alimentation et lesdits signaux de commande pénétrant dans le module par un même connecteur d'entrée collectif. 4. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier comporte un connecteur coaxial (12) disposé sur la face extérieure de la paroi (1) en regard du cylindre (13), l'âme centrale du connecteur (14) étant reliée à la ligne d'entrée/sortie (9). 5. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit imprimé (20) est un circuit hyperfréquence. 6. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que la force d'appui est obtenue par vissage du couvercle (2) sur le boîtier. 7. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ligne d'entrée/sortie est un microruban (9). 8. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lignes de transmission sont des microrubans (10). 9. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre (13) est enfoncé en force dans un trou percé dans la paroi (1) du boîtier. 10. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cylindre (13) est 30 usiné dans la masse de la paroi du boîtier.25