RESISTIVE ELEMENT USING MICROSTRIP

Abstract: 1. Resistive element using the microstrip technique and realized on a dielectric substrate (4), one large surface of this substrate being covered with a conductive layer (3) constituting the mass plane, the element being constituted by a resistive line, which is open at its end and which is built up between the mass plane and a resistive layer coated on the other large surface of the substrate, this resistive layer being coupled to an access line and having a width which decreases in the direction of the end of said line, characterized in that the width W of this resistive layer (20) decreases progressively along the resistive line in dependence of the corresponding abscissa z along this line from an initial width Wo equal to the width of the access line (2) according to the law W=Wo (1-z/L1 )**1/n in which n is an exponent smaller than 1 indicative of the kind of dielectric from which the substrate is made, and in which the length L1 of the resistive line (20) is equal to L1 =1/K(n+1/n)Wo-n K being a constant value depending on the thickness of the substrate and the thickness of the resistive layer, the dissipated power per surface unit being constant (fig. 3).

Description: ELEMENT RESISTIF EN TECHNIQUE MICROBANDE ET CIRCUIT COMPORTANT AU MOINS UN TEL ELEMENT L'invention concerne un élément résistif en technique microbande et un circuit comportant au moins une telle ligne. Dans le domaine des circuits réalisés en technique microbande pour la microélectronique, des problèmes particuliers se posent lorsque les fréquences de fonctionnement de ces circuits augmentent. En effet, pour les três hautes fréquences, supérieures à une dizaine de gigahertz, les ondes (dites centimétriques) ont une longueur d'onde inférieure à 3 cm. A ces fréquences, les dimensions des éléments de circuits sont du même ordre que la longueur d'onde. Par conséquent, ces éléments ne peuvent plus être considérés comme ponctuels. Cela est vrai en particulier pour les éléments résistifs. Dans les circuits en technique microbande actuellement réalisés, les éléments résistifs sont constitués par des dépôts résistifs dont les dimensions, épaisseur, largeur et longueur, déterminent la valeur de la résistance. En général, l'épaisseur du dépôt est telle que, lorsque le dépôt résistif est carré, la valeur de sa résistance soit 50 n . Dans ces conditions, la longueur L du dépot par rapport à sa largeur W détermine la valeur de la résistance: R par exemple. Si L = 0,5 W, R = 25 a et si L = 2W, R = lOOQ. Cette technique permet de réaliser les charges utilisées sur certaines branches d'éléments réalisés en technique microbande tels que les coupleurs, les circulateurs etc... Comme indiqué ci-dessus, tant que les dimensions du dépôt résistif sont petites par rapport à la longueur d'onde utilisée, la résistance peut être considérée comme ponctuelle. D'autant que, si les puissances à dissiper sont assez faibles, les dimensions du dépôt résistif peuvent être faibles. Par contre, lorsque les puissances à dissiper augmentent, il est nécessaire d'augmenter la surface dissipative (la densité de puissance susceptible d'être dissipée étant de l'ordre de Watt par millimètre carré). Par conséquent, il faut augmenter les dimensions du dépôt et la longueur du dépôt résistif n'est plus négligeable par rapport à la longueur d'onde. De plus, la largeur de ce dépôt résistif augmentant, il y a rupture d'impédance entre la ligne d'accès et la résistance et réflexion d'une partie de la puissance incidente. Lorsque la puissance à dissiper est assez grande et que la fréquence est élevée, par exemple lorsque le dépôt résistif doit dissiper 1W à une dizaine de gigahertz, d'autres inconvénients s'ajoutent à ceux indiqués ci-dessus. Si on veut conserver les dépôts résistifs ayant les formes décrites, les dimensions de la surface dissipative sont réduites (petite devant la longueur d'onde) d'où une densité de puissance dissipée par unité de surface élevée; ce qui introduit une température de fonctionnement très grande et qui entraîne un effet de vieillissement accéléré limitant la durée de vie de l'élément. Or les durées de vie de certains circuits réalisés en technique microélectronique pour des usages particuliers se chiffrent en millions d'heures. Dans de tels circuits, cet effet de vieillissement n'est pas tolérable. Pour limiter cet inconvénient, la technique actuelle consiste à former la résistance utile en mettant en série et en parallèle plusieurs dépôts résistifs rectangulaires tels que décrits ci-dessus. Enfin, les retours à la masse de tels dépôts résistifs se font en général par des trous métallisés qui mettent le dépôt résistif réalisé sur une face d'un substrat en contact électrique avec le plan de masse réalisé sur l'autre face du substrat. Ces trous, à réaliser dans le substrat, augmentent le prix de revient de la charge. L'invention a pour objet un élément résistif en technique microbande qui évite tous ces inconvénients et permet de dissiper des puissances assez élevées à de très hautes fréquences. Suivant l'invention, un élément résistif en technique microbande, formé sur un substrat diélectrique ayant sur l'une de ses grandes faces un dépôt conducteur formant plan de masse, constitué par une ligne résistive ouverte à son extrémité formée entre le plan de masse et un dépôt résistif déposé sur l'autre grande face du substrat, ce dépôt résistif étant couplé à une ligne d'accès est caractérisé en ce que ce dépôt résistif a une largeur diminuant progressivement depuis une largeur initiale liée à la largeur de la ligne d'accès, la loi de variation de cette largeur étant déterminée à partir de la loi de variation de la puissance dissipée par l'élément résistif souhaitée. L'invention a également pour objet un circuit réalisé en technique microbande comportant au moins un tel élément résistif. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. - La figure 1 représente un élément résistif selon l'art connu. - la figure 2 représente un élément résistif ayant une largeur constante et des courbes correspondantes représentant la variation de l'atténuation et la variation de puissance le long de cet élément. - La figure 3 représente un premier mode de réalisation de l'élément résistif suivant l'invention, dont la largeur diminue progressivement le long de la ligne, et des courbes correspondantes. - La figure 4 représente un deuxième mode de réalisation de l'élément ré sistif suivant l'invention. Sur la figure 1 a été représenté un élément résistif selon l'art connu. Cet élément résistif est constitué d'un dépôt résistif 1, couplé à la ligne d'accès formée par le ruban métallisé 2 et le plan de masse métallisé 3, déposés sur les deux faces d'un substrat diélectrique 4. Ce dépôt résistif 1 est relié électriquement au plan de masse par l'intermédiaire d'un trou effectué dans le substrat, un dépôt métallique conducteur 5 étant réalisé sur la première face du substrat et le trou 6 étant métallisé pour assurer la continuité électrique jusqu'au plan de masse 3. Sur la figure 2 qui représente également un élément résistif connu, le dépôt résistif 10 est rectangulaire, de longueur L = Zl - Z0 et de largeur constante WO. Cet élément résistif est constitué par une ligne résistive à constantes réparties formée entre le plan de masse 3 et le dépôt résistif 10. Sur une ligne a constantes réparties, le coefficient d'atténuation est par définition égal à: EMI3.1 ou P(z) est la puissance dissipée le long de la ligne. Par ailleurs, dans une ligne à constantes réparties fortement résistive, ce coefficient d'atténuation est de la forme EMI3.2 ai étant la pulsation de l'onde incidente, r et c étant respectivement la résistance répartie et la capacité répartie par unité de longueur, toutes deux fonction de la largeur W de la ligne, c étant également fonction de l'épaisseur h du substrat et r étant également fonction de l'épaisseur e du dépôt résistif. Ce coefficient d'atténuation peut être mis sous la forme: (2)0( = K(W) , ou K est une constante dépendant des différentes grandeurs indiquées ci-dessus et n un exposant inférieur à 1 lié au materiau formant le substrat. Si la largeur W est constante, tout au long de la ligne, le coefficient d'atténuation 0( est également constant et la puissance dissipée le long de la ligne suit une loi P(z) = P e ¯&alpha;z . Il faut noter que dans ce cas la o puissance dissipée par unité de surface suit également une loi exponentielle. La figure 3 représente un dépôt résistif 20 dont la forme est définie pour que la densité de puissance dissipée par unité de surface soit constante sur l'ensemble de la surface du dépôt résistif. Si k est le coefficient de dissipation de puisssance, par unité de surface, k étant constant, la puissance dissipée varie le long de la ligne suivant l'expression: P(z) = kS(z) ou S(z) est la surface du dépôt résistif entre le début de la charge à l'abscisse ZO et l'abscisse z quelconque le long du dépôt. Si W(z) est la largeur du dépôt résistif, variable avec z, la puissance dissipée varie suivant la loi: EMI4.1 Les expressions (1) et (2) donnent dans ces conditions: EMI4.2 Si W(z) est de la forme: EMI4.3 étant la longueur de la ligne l'égalité (4) sera réalisée Si EMI4.4 A partir d'une largeur de ligne W donnée, un dépôt résistif dont le o I profil suit la loi W(z) donnée par l'expression (5) avec p = n est tel que la puissance dissipée par unité de surface est constante, comme la température en chaque point de la charge. La longueur L1 est déterminée à partir de WO, k et n par l'expression (6). La puissance dissipée le long de la ligne suit alors une loi qui se déduit de celle de W(z) par l'équation (3) soit: EMI4.5 Le coefficient de dissipation k peut être déterminé à partir de la surface de la charge: EMI5.1 Un tel profil de ligne conduit bien sûr à une dissipation par unité de dP(z) longueur de ligne dz , qui nest pas constante le long de la ligne. L'invention n'est pas limitée à ces mode de réalisation. En particulier, dans certaines applications il pourrait être utile d'avoir non pas une densité de puissance dissipée par unité de surface constante, mais une dissipation constante par unité de longueur, soit dP'(z) dz #constante. Un calcul semblable à celui effectué ci-dessus, montre qu'alors le profil de la ligne doit être tel qu EMI5.2 Dans ce casla longueur L2 est donnée par la formule Ainsi, en fonction de la répartition de la puissance dissipée souhaitee, il est possible de modifier la forme du dépôt résistif. Au lieu de modifier la forme du dépôt, il est théoriquement possible de modifier l'épaisseur de ce dépôt pour obtenir que la puissance dissipée varie selon une loi donnée. Cependant il est technologiquement assez difficile de faire varier l'épaisseur de ce dépôt en cours de fabrication. Une possibilité serait alors de modifier cette épaisseur a posteriori par des moyens mécaniques. Comme indiqué ci-dessus, un élément résistif réalisé en technique microbande a, en particulier, l'avantage d'améliorer le taux d'onde stationnaire à l'entrée de la charge du fait qu'une certaine adaptation est réalisée. Ceci est surtout vrai si la puissance dissipée par unité de surface reste constante ou si la puissance par unité de longueur reste constante, car dans ces deux cas l'atténuation de la charge est infinie: il n'y a aucune puissance réfléchie de l'extrémité de la charge vers son entrée. De plus un tel élément résistif est trés facile à réaliser du fait qu'il n'est plus nécessaire de prévoir un retour de masse par trou métallise comme précédemment. Enfin, les lois de variation de largeur indiquées ci-dessus se rapprochent d'un profil en triangle. En premiére approximation, il est donc possible d'obtenir un élément résistif de bonnes caractéristiques en donnant à la charge la forme d'un triangle. Ce mode de réalisation de l'élément résistif est représenté sur la figure 4. En effet, comme le montre la figure 3, la plus grande partie de la puissance est absorbée aprés une fraction de la longueur L1. Par exemple, pour un substrat d'alumine ayant une permittivité 5s r =9,2, d'épaisseur h = 0,635 mm et un dépôt résistif formé de nitrure de tantale d'épaisseur e = 2000 A, la largeur de la ligne d'accés étant W = 0,6 mm (ligne a o pour une fréquence F = 7 GHz, l'exposant n = 0,175 et la longueur EMI6.1 la puissance restant â absorber est ible de limiter le dépôt résistif à une en suivant le profil dont l'équation est donnée ci-dessus. Il est également possible comme le montre la figure 4, de remplacer cette forme de dépôt par un triangle isocéle de base W et de o hauteur EMI6.2 30. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation précisément décrits et représentés. D'autres formes de dépôts résistifs formant avec le plan de masse une ligne résistive à constantes - réparties peuvent également être utilisées en fonction de la répartition de la puissance dissipée souhaitee. De tels éléments résistifs ne nécessitant pas de retour de masse et permettant d'adapter les caractéristiques de l'élément résistif à celles de la ligne d'accés. Ils sont applicables en particulier pour réaliser les charges sur les accus non utilisés des coupleurs ou des circulateurs réalisés en technique microbande.

Claims: REVENDICATIONS 1. Elément résistif en technique microbande, formé sur un substrat diélectrique (4) ayant sur l'une de ses grandes faces un dépôt conducteur (3) formant plan de masse, constitué par une ligne résistive ouverte a son extrémité formée entre le plan de masse et un dépôt résistif déposé sur l'autre grande face du substrat, ce dépôt résistif étant couplé à une ligne d'accès, caractérisé en ce que ce dépôt résistif (20) a une largeur (W) diminuant progressivement depuis une largeur initiale (WO) liée à la largeur de la ligne d'accès (2), la loi de variation de cette largeur étant déterminée à partir de la loi de variation de la puissance dissipée par l'élément résistif souhaitée. 2. Elément résistif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur (W) du dépôt varie en fonction de l'abscisse (z) correspondante le long de la ligne suivant la loi EMI7.1 où n est un exposant fonction du substrat sur lequel est formé l'élément résistif et L1 une longueur fonction des caractéristiques de la ligne résistive (20), la puissance dissipée par unité de surface étant constante. 3. Elément résistif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur (W) du dépôt varie en fonction de l'abscisse (z) correspondante le long de la ligne suivant la du substrat sur lequel est EMI7.2 ou n est un exposant fonction istif et L2 une longueur liée aux caractéristiques de la ligne résistive, la puissance dissipée par unité de longueur de ligne étant constante. 4. Elément résistif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur (W) du dépôt (30) varie linéairement en fonction de l'abscisse (z) correspondante, la puissance dissipée par unité de surface étant quasiconstante. 5. Elément resistif selon l'une quelconque des revendications precedentes, caractérisé en ce que le substrat est formée d'alumine, le dépôt résistif étant formé de Nitrure de Tantale. 6. Circuit microélectronique caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément résistif selon l'une quelconque des revendications precedentes.

Inventors: BENSUSSAN, ANDRE, GIRARDAT, ROLAND, Bensussan, André
Applicants: THOMSON-CSF
Application year: 1981
Main classification: H01P1
IPC codes: H05K1, H01P1