Brevet FR2999377A1 — publié le 20140613

PROCEDE DE REALISATION DE MOTIFS RESONNANTS ADAPTES A LA REALISATION DE FONCTIONS PASSIVES RF L'objet de l'invention concerne un procédé pour réaliser un ou 5 plusieurs motifs résonants radiofréquences adaptés à la réalisation de fonctions passives RF. L'invention trouve notamment son application pour réaliser des filtres accordables électriquement. Les motifs résonnants des fonctions passives radiofréquence RF, Io souvent composés d'ensembles bobinages, capacités pour les fréquences inférieures à 1 GHz, peuvent être rapportés sur le circuit imprimé par collage, vissage ou soudure. Ce dernier cas est le plus fréquent, une inductance sera, par exemple, connectée par brasure sur le circuit imprimé. Les motifs peuvent aussi être gravés, le plus souvent par attaque 15 chimique, dans les couches conductrices du circuit imprimé. C'est la technique la plus courante pour réaliser des circuits résonnants en hyperfréquence, pour des fréquences supérieures à 1 GHz. Il est ainsi connu de réaliser par gravure chimique des fonctions passives (filtres, coupleurs, résonateurs) sur le circuit imprimé (technologie micro ruban ou en anglo-saxon microstrip) ou dans le 20 circuit imprimé (technologie en ligne connue sous le terme anglo-saxon stripline). Les technologies classiques utilisées pour les fonctions de filtrage « tractable » pour des fréquences inférieures à 1 GHz sont basées le plus souvent sur la mise en oeuvre de selfs de forme hélicoïdale nécessitant l'emploi 25 de composants mécaniques de grande précision entraînant des coûts importants et malgré tout une tolérance sur la valeur obtenue qui nécessite souvent une phase de réglages après fabrication, soit par adaptation de la self même, soit par le changement de valeurs des composants environnants comme les capacités. 30 De manière générale, les équipements radio de puissance voient leur encombrement et leur coût diminuer, pour des fiabilités requises toujours plus grandes. D'autre part, ces équipements radio sont de plus en plus constitués d'un empilement de cartes, donc de structures mécaniques plutôt planes. Il existe donc à l'heure actuelle un besoin pour des circuits imprimés réalisant différentes fonctions, incluant des fonctions de filtrage, les circuits imprimés répondant à des critères de faibles épaisseurs, de hautes performances et de faibles coûts induits et aussi de réalisation facile techniquement. L'idée mise en oeuvre selon l'invention repose notamment sur l'utilisation du circuit imprimé et les techniques de réalisation associées à la fabrication de ce dernier non pas simplement comme support de composant, mais de façon telle que le circuit lui-même réalise un certain nombre de fonctions. Le circuit n'est plus utilisé comme un simple support sur lequel on vient poser, souder ou connecter des composants entre eux. L'invention concerne un procédé pour réaliser un ou plusieurs motifs résonnants radio fréquence sur un circuit imprimé caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape de découpe d'un ou de plusieurs motifs directement dans le circuit imprimé tout en conservant des moyens de maintien mécanique des motifs résonnants audit circuit imprimé. L'invention concerne aussi un procédé pour fabriquer un ou plusieurs motifs résonnants radio fréquence sur un circuit imprimé comprenant plusieurs couches caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins les étapes suivantes : a) on réalise une gravure chimique des couches internes du circuit imprimé multicouche, puis on presse le circuit imprimé, b) on réalise plusieurs trous nécessaires à l'obtention de trous métallisés conducteurs, c) on réalise la métallisation des trous métallisés, d) on réalise la gravure chimique des couches externes dudit circuit imprimé, e) on réalise par fraisage un ou plusieurs des éléments suivants : la découpe externe du circuit imprimé, ou des contours internes, ou d'un ou plusieurs motifs résonnants en laissant des moyens de maintiens mécaniques des motifs résonnants par rapport au circuit imprimé. Le fraisage des contours des motifs résonnants et la métallisation des tranches peuvent être réalisés, par exemple, simultanément à l'étape b). Le procédé peut être utilisé pour réaliser des motifs résonnants de formes diverses, barreaux et spirales. Le procédé décrit ci-après peut être utilisé pour réaliser des filtres 10 planaires hautes fréquences fonctionnant dans la bande 10 MHz à 10 GHz. L'invention concerne aussi un circuit imprimé comportant un ou plusieurs motifs résonnants obtenus par la mise en oeuvre du procédé. D'autres caractéristiques et avantages du dispositif selon l'invention 15 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 représentent : - la figure 1, un exemple de produit obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, 20 - la figure 2, un exemple de dispositif de communication intégrant un filtre obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le procédé selon l'invention repose notamment sur la réalisation, sur un circuit imprimé, de fonctions passives à air, par usinage direct du contour 25 d'un ou plusieurs motifs résonnants dans le circuit imprimé. Les fonctions passives sont réalisées en utilisant des motifs résonnants dont les contours externes appropriés sont réalisés dans le circuit imprimé. Le motif résonant ainsi obtenu n'est pas porté par le circuit imprimé mais fait partie de celui-ci. Il est obtenu par fraisage ou découpe du circuit imprimé porteur. Il est caractérisé 30 d'un point de vue électromagnétique par le fait que le diélectrique du motif est presque intégralement de l'air. Le circuit imprimé peut être un circuit simple couche, multicouches, ou tout autre type de circuit imprimé disponible. Selon un mode de réalisation, le motif résonnant recevra une métallisation de la ou des tranches pour améliorer sa conductivité. Lorsque le circuit imprimé utilisé comporte plusieurs couches, la réalisation de motifs résonnants comportera, par exemple, les étapes suivantes : a) on réalise la gravure chimique des éventuelles couches internes de l'éventuel circuit imprimé multicouche en utilisant un procédé connu de l'Homme du métier. Après la gravure des éventuelles couches internes, on procède alors au pressage du circuit imprimé, qui consiste à coller les différentes couches ensemble. Les couches externes ne sont alors pas encore gravées, b) on passe alors à une séquence de perçage, où on réalise les trous nécessaires à l'obtention de trous métallisés conducteurs. Les découpes internes ou externes du circuit imprimé sont faites à cette étape si l'on désire métalliser les tranches de ces découpes. Les contours du ou des motifs résonants peuvent être réalisés par fraisage à cette étape si l'on désire métalliser les tranches du motif résonant. Si l'on ne désire pas la métallisation des tranches, l'étape de fraisage des contours des motifs résonants peut se faire à la fin du processus de fabrication. On laisse cependant des parties non fraisées comme soutiens mécaniques des motifs, c) on réalise la métallisation des trous métallisés et par la même occasion des tranches des contours des motifs résonants, d) on réalise la gravure chimique éventuelle des couches externes, e) on réalise par fraisage la découpe externe du circuit imprimé, ou des contours internes, ou des contours externes du motif résonnant, si l'on ne désire pas de tranches métallisées à ces motifs ou si l'on désire retirer de façon localisée cette métallisation. Le motif résonnant obtenu selon l'invention peut être assez complexe et la précision de réalisation est, par exemple, de l'ordre de +/-0.1 mm. La largeur minimum des découpes obtenues par fraisage dépend de la fraise utilisée, et la fraise est choisie en fonction notamment de l'épaisseur du circuit imprimé. Elle peut descendre localement à moins d'un millimètre pour une épaisseur de circuit imprimé standard de 1,6 millimètre. Le fraisage du circuit imprimé permet de réaliser des découpes internes afin d'obtenir les motifs souhaités par rapport à un dispositif souhaité ou la découpe du contour externe du circuit imprimé. La métallisation des tranches ou bord des découpes est réalisée par une technique connue de l'Homme du métier, proche de la métallisation des trous métallisés. Il n'y a donc pas de surcoût important induit sur le circuit imprimé, en comparaison avec d'autres procédés d'obtention de motifs résonants comme le report de pièces « mécaniques » ou de composants. La figure 1 représente un exemple de réalisation d'un filtre obtenu par le procédé de réalisation de motifs dans le circuit imprimé. L'exemple donné concerne la réalisation d'inductances, motifs résonants d'un filtre tractable intégré dans le circuit imprimé d'une fonction radio. Les contours du ou des motifs résonants inductifs 10 ont été directement fraisés dans le circuit imprimé 11. Les tranches des contours 12 ont été métallisées. Le motif résonnant se trouve ainsi en grande partie dans l'air retenu par des parties 13 du circuit imprimé qui n'ont pas été éliminées par le fraisage ce qui du point de vue électromagnétique assure les meilleures pertes et les plus basses capacités parasites. Ces parties ou tenons 13 du circuit restantes après le fraisage permettent le maintien mécanique du motif résonant inductif 10. Les motifs résonants ainsi obtenus sont adaptés à la réalisation de fonctions passives RF. L'un des objectifs de la découpe d'un ensemble de motifs dans un circuit imprimé est de réaliser par exemple un filtre qui sera utilisé dans un système de communication. Le ou les filtres obtenus par la réalisation de motifs selon l'invention peuvent être directement intégrés au circuit imprimé de la fonction « front-end radio » du moyen de communication, au niveau des différents étages amplificateurs d'émission ou de réception. La fonction principale est, dans cet exemple, le filtrage haut niveau de puissance (1 à 50W) pour permettre le fonctionnement du poste radio, en situation de proximité avec d'autres postes, dans la bande de fréquence ultra haute fréquence et très haute fréquence ou VUHF. Fonctionnellement, les filtres interviennent, en mode Réception, en tant que filtres de protection en situation de proximité du Front end, et protègent celui ci des signaux puissants issus d'émetteur en colocation proche. En mode Emission, ils filtrent le signal émis à haut niveau (1W et 50W) pour limiter le bruit large bande de l'émetteur, qui en situation de proximité va perturber les récepteurs proches. Le procédé décrit ci-après est utilisé pour réaliser des filtres planaires hautes fréquences fonctionnant dans la bande 10 MHz à 1 GHz, voire 10 GHz. La figure 2 représente un exemple de filtre réalisé en utilisant la découpe de motifs dans un circuit imprimé comme il a été décrit précédemment. La partie principale du filtre est constituée par deux circuits oscillants parallèles composés de deux motifs résonants inductifs 10 réalisés par fraisage du circuit imprimé. Les motifs sont accordés par des boites de poids 22, 23, capacitives dont la variation permet le centrage en fréquence du filtre. Une fonction d'adaptation 20 en impédance permet la transition entre l'interface 50 S.2 et l'impédance de charge du CO (circuit oscillant) ce qui va fixer l'adaptation du filtre dans sa bande passante. Un réseau de couplage 25 contrôlé entre les deux circuits oscillants va permettre de déterminer la bande passante du filtre. Une fonction de gestion 27 du BUS, permet à partir des informations de fréquence centrale, et des signaux de commande temporels de commander les boites de poids capacitif. Sans sortir du cadre de l'invention, il est possible de réaliser toutes formes de motifs qui seront choisis par l'utilisateur selon la fonctionnalité finale du circuit imprimé et son utilisation. Les motifs réalisés permettant la fabrication de filtres passe bande électriquement accordables développés qui présentent les avantages suivants : - un excellent facteur de qualité, permettant des utilisations faible bruit et /ou forte puissance, - un très bon contrôle du couplage grâce aux précisions dimensionnelles et à la possibilité de fraiser des formes complexes, et donc une bonne maitrise de la bande passante du filtre dans la bande d'agilité du filtre, - le circuit imprimé incluant entre autres fonctions (amplification, commutations RF) le ou les filtres accordables intègrent les motifs résonants mais aussi toute l'électronique et le système de commande nécessaire à l'utilisation de ce ou ces filtres, d'où un montage mécanique très facilité d'autant que la forme générale du filtre est plane. Les circuits obtenus par découpe directe de motifs dans un circuit imprimé présentent notamment les avantages suivants : - de bonnes caractéristiques radio fréquence RF dues au fait que les motifs résonnants sont quasiment dans l'air, ce qui entraîne peu de pertes diélectriques voire aucune et des capacités parasites minimales, - la possibilité de réaliser de nombreuses formes de motif résonnant, - une bonne précision de réalisation, de l'ordre de +/-0.1 mm, - une très bonne reproductibilité, - un domaine d'application assez vaste, par exemple, toutes les applications requérant des fonctions passives demandant de très faibles pertes ou de fortes puissances en RF, de quelques dizaines de MHz à plusieurs GHz, - une configuration mécanique plane bien adaptée à la configuration actuelle des matériels radios, souvent constitués d'un empilement de cartes et modules plans, - l'intégration de fait dans un circuit imprimé pouvant porter d'autres fonctions actives ou passives.30 REVENDICATIONS1 - Procédé pour réaliser un ou plusieurs motifs résonants (10) radio fréquence sur un circuit imprimé (11) caractérisé en ce qu'il comporte une étape de découpe d'un ou de plusieurs motifs résonants (10) directement dans le circuit imprimé (11) tout en conservant des moyens de maintien mécanique (13) des motifs résonnants audit circuit imprimé (11). 2 - Procédé pour fabriquer un ou plusieurs motifs résonnants (10) radio fréquence sur un circuit imprimé (11) comprenant plusieurs couches caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins les étapes suivantes : a) on réalise une gravure chimique des couches internes du circuit imprimé multicouche, puis on presse le circuit imprimé, b) on réalise plusieurs trous nécessaires à l'obtention de trous métallisés conducteurs, c) on réalise la métallisation des trous métallisés, d) on réalise la gravure chimique des couches externes dudit circuit imprimé, e) on réalise par fraisage un ou plusieurs des éléments suivants : la découpe externe du circuit imprimé, ou des contours internes, ou d'un ou plusieurs motifs résonnants en laissant des moyens de maintiens mécaniques des motifs résonnants par rapport au circuit imprimé. 3 - Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'on réalise le 25 fraisage des contours des motifs résonnants et l'on métallise les tranches des contours (12) des motifs résonnant, simultanément à l'étape b). 4 - Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 à 3 pour la réalisation de motifs résonnants de formes diverses, barreaux et spirales. 30 - Utilisation du procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 à la réalisation de filtres planaires hautes fréquences dans la bande 10 MHz à10 GHz. 6 - Circuit imprimé caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs motifs 5 résonnants radiofréquence obtenus par la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3.