EP1157395A2 - Composant electronique discret de type inductif, et procede de realisation de tels composants - Google Patents

Composant electronique discret de type inductif, et procede de realisation de tels composants

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EP1157395A2
EP1157395A2 EP00903605A EP00903605A EP1157395A2 EP 1157395 A2 EP1157395 A2 EP 1157395A2 EP 00903605 A EP00903605 A EP 00903605A EP 00903605 A EP00903605 A EP 00903605A EP 1157395 A2 EP1157395 A2 EP 1157395A2
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plate
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parts
winding
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Ecole Polytechnique Federale de Lausanne EPFL
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    • Y10T29/49071—Electromagnet, transformer or inductor by winding or coiling

Definitions

  • the invention relates to a discrete electronic component of the inductive type and to a method for producing such components.
  • these components are used in surface mounting techniques (SMD), in particular inductors or transformers.
  • SMD surface mounting techniques
  • the production of electronic components for surface mounting is well known, in particular for the production of resistors or capacitors, but this poses problems for the production in series of inductance coils or transformers with millimeter dimensions, because they are currently produced separately from each other.
  • electronic components of the inductive type are needed as an interface, for example, between voltage levels supplied by a power source and input voltages of integrated circuits.
  • These inductive elements are used in particular to flatten undulations on signals. Often the inductance values need to be high, of the order of mH.
  • Coils of the SMD type proposed by Coilcraft in Cary, Illinois, United States are known, that is to say coils which can be mounted on metal pads produced on hybrid structures, in particular ceramic.
  • These coils are composed of a magnetic core on which a metal wire is wound around the central part and whose ends are each connected on a metal range of end parts on either side of the central part.
  • the metal pads can serve as contact with corresponding metal pads produced on a hybrid structure comprising tracks for connection to different electronic components.
  • the value of these coils is a maximum of 10 ⁇ H for dimensions of 3 mm x 3 mm x 2.5 mm. We understand that they are carried out one after the other because it is necessary to wind a wire around each magnetic circuit independently, which requires time in manufacturing and a high cost.
  • a transformer having two magnetic flux paths defined by a magnetic ferrite circuit having the shape of an eight, this transformer comprising a plate formed of layers stacked with printed circuits defining the windings of the primary and secondary of this transformer.
  • the plate has an opening for the central arm of the magnetic circuit which is surrounded by the windings. These windings are raised from the base of the magnetic circuit by steps arranged in the corners of the two openings defined by the magnetic circuit.
  • This transformer is used for voltages up to 400 V for dimensions exceeding one centimeter. At these dimensions, the manufacture of such components does not pose any particular problem, but cannot be used as an SMD type component.
  • the assembly of the wafer with the magnetic circuit in two parts is done piece by piece, as well as the bonding of the two parts of the magnetic circuit.
  • the invention proposes to overcome the drawbacks of the prior art with regard to the manufacture of inductive components, in particular with millimeter dimensions.
  • the invention proposes in particular to provide a method for producing a plurality of inductance coils or transformers in a batch so as to avoid difficult part-by-part mounting of the different parts constituting each coil or each transformer to millimeter dimensions.
  • each identical or equivalent part of a batch of inductive components is manufactured in or on the same substrate so as to have a plurality of identical or equivalent parts connected to one another by connecting elements machined in the substrate or by a support integral with this substrate, before being separated once the assembly of the different parts has been completed.
  • manufacturing time is saved and the handling of the various parts is greatly facilitated, which reduces the cost price.
  • - Figure 1 shows one of the substrates having undergone a micro-machining according to the method of the invention with parts of identical magnetic circuit and connected to each other
  • - Figure 2 represents a machining by electro-erosion of a substrate according to an embodiment of the process which is the subject of the invention
  • FIG. 3 represents a multilayer plate of printed circuits with several metal windings
  • FIG. 4 represents a first part of the magnetic circuit with a metal winding on a printed circuit board inserted between the arms of the magnetic circuit
  • FIG. 5 represents an inductance coil obtained according to the process which is the subject of the invention
  • - Figure 6 is an exploded view and Figure 7 is a top view of an antenna according to the invention, and - Figure 8 is a top view of a set of antennas after assembly in batch and before separation into separate components.
  • inductance coils, transformers or antennas with millimeter dimensions pose certain problems when handling the elements to be assembled, in particular cores or ferrite magnetic circuits.
  • the method according to the invention proposes to produce these inductive components in a batch (called “batch-processing” in English), by providing three main steps for mounting the parts of magnetic circuits with their metallic windings. An embodiment of this method will be described below with the aid of FIGS. 1 to 3.
  • a first step consists in practicing micro-machining on a flat substrate, 1 mm thick and 10 x 10 cm 2 in area for example, made of magnetic material such as ferrite, to obtain a plurality of first parts of magnetic circuit 1 which are identical and connected to each other by connecting elements 2 (see FIG. 1).
  • Each first part of the magnetic circuit consists of a base 9 and three arms 8a, 8b and 8c projecting from this base.
  • the central arm 8b has a width twice that of each of the arms 8a and 8c located at the ends of the base 9.
  • This first substrate has been placed and maintained on a working support, in particular of the type of those used during sawing of integrated circuit boards.
  • first parts are therefore maintained with constant spacing because they are connected by the connecting elements 2 which are of the same material as the first parts of the magnetic circuit in the variant of FIG. 1.
  • first parts are secured to a working support which has the function of materially connecting these first parts during the batch manufacturing process of the inductive components so as to maintain them in respective predetermined positions.
  • a printed plate 5, visible in FIG. 3, is provided, arranged so that the arms 8a, 8b and 8c are inserted into openings 6a, 6b and 6c made in this plate in numbers corresponding to the number of arms that has the first machined substrate with identical spacings.
  • the plate 5 comprises a plurality of windings 12 each consisting of at least one metal track wound in the form of a spiral on a layer or sheet that this plate has.
  • a winding 12 may comprise a set of metal tracks deposited on a set of layers forming a multilayer plate, these tracks being connected from one layer to the other by the technique of conductive holes 11 (for example with copper) well known from the skilled person.
  • Each winding 12 ends with two electrical contact pads 7a and 7b, outside of the projection of the magnetic circuit in the general plane of the wafer, intended to be used once the component has been made at the connection thereof with corresponding pads d '' a hybrid structure, using the SMD type component assembly technique. It is preferably provided that all of the electrical contact pads are located on the same layer of the plate using, where appropriate, said technique of conductive holes.
  • the printed plate 5 consists of layers or sheets of polyimide resin. Perforated parts can be provided around the windings in order to facilitate the separation of the finished components, as shown in FIG. 3. It will be noted that two windings can be provided coaxial on the same layer. In addition, it is possible to provide metal tracks on two sides of the same layer. In the latter case, care must be taken to ensure the necessary electrical insulation if there are several printed layers.
  • the first part 1 is associated with a single winding with two metal tracks respectively arranged on both sides of the plate 4, this winding ending in two ranges of contact 7a and 7b.
  • the magnetic circuit comprises two windings each with at least two contact pads. It is preferably provided that the contact pads of these two windings are located on the same outer layer of the plate 5. If the secondary winding of the transformer comprises more than two contact pads, it is possible to have a voltage ratio variable between primary and secondary.
  • the third step of the method consists in fixing, in particular by gluing, a second substrate of a magnetic material, such as ferrite, on the first substrate.
  • the second substrate is micro-machined so as to produce a plurality of second parts 13 of magnetic circuit connected to each other by connecting elements of the same material, in a manner similar to that which is represented in FIG. 1.
  • Each second part 13 closes each first part 1 of the magnetic circuit with the printed plate 5 inserted between the base 9 of the first part 1 and the corresponding second part 13 which also defines at least one base.
  • the shape of the second parts of the magnetic circuit can be similar to the shape of the first parts of the magnetic circuit, the free ends of the arms of the first and second parts then being located opposite one another.
  • the second parts are secured to a working support, in particular an adhesive sheet, which has the function of materially connecting the second parts during assembly in a batch.
  • the second parts 13 of the magnetic circuit may consist only of a cross-member forming a base which is simply placed on the arms of the first part and completely covers them so that once the two parts are connected, the resulting magnetic circuit has the form general of an eight.
  • This configuration is used in the case where the plate 5 comprises for example two layers for a single winding 12 defining an inductor as shown in FIG. 5.
  • the thickness of the multilayer plate should be greater as the height of the arms of the first part of the magnetic circuit, in particular in the case where it comprises four or more layers for a transformer, provision is preferably made to use second parts equivalent to the first parts in order to be able to close the magnetic circuit.
  • the first and second magnetic parts can form a coil core, in particular of an antenna, not closed on itself, as in the embodiment of Figures 6 and 7 described below.
  • a tab can have one or more contact pads.
  • the tongues 16 and 18 having the electrical contact pads 7a and 7b are folded over an external surface of the magnetic circuit, in particular on the back of the base 9 of its first part 1, and we stick them on this base.
  • Figure 4 shows by arrows the direction of folding of the tongues 16 and 18 with, at their ends, said areas 7a and 7b. These areas are intended to be welded in particular to electrical contact areas provided on a hybrid structure for the connection of the inductor or the transformer with other components of the hybrid structure.
  • the plate 4 cut from the plate 5 has portions extending beyond the width of the magnetic circuit. These portions can also be folded in the direction of the base of the magnetic circuit and glued with isolation against the arms and the base of the circuit. This saves space.
  • the glue at least partially includes the multilayer plate 4 so as to fix it securely to the magnetic circuit.
  • the micro-machining for the production of the first and second parts of the magnetic circuit may preferably consist of machining by electroerosion as shown diagrammatically in FIG. 2.
  • An electrode 3 with raised patterns is used to produce a plurality of parts of the magnetic circuit identical defined by the electrode.
  • the electrode could in certain cases include zones with different patterns for producing parts of different magnetic circuits from one zone to another on the same substrate.
  • Micro-machining for the production of the first and second parts of the magnetic circuit can also use a technique with sand blasting.
  • Micromachining for the production of the first and second parts of the magnetic circuit and for the separation of the components can use a laser, in particular for the cutting steps.
  • the dimensions of the inductive type component can in particular have a width I between 0.5 mm and 1 mm and a length L between 1.4 mm and 2.8 mm for a height h of 1 mm to 1.5 mm.
  • Each arm rises for example approximately 0.2 mm above the base 9.
  • the central arm has a width twice the width of the two arms situated at the ends of the base and its value is for example approximately 0.4 mm .
  • the metal tracks of the wafer 4 are obtained in particular using a plasma etching process 10 to 15 ⁇ m deep. They are for example 50 ⁇ m wide. The difference between two tracks (called “pitch” in English) of the same winding is 14 ⁇ m for an inductance of value 1 mH and 44 ⁇ m for an inductance of 0.1 mH. The metallized holes are approximately 100 ⁇ m wide.
  • the magnetic circuit can have only two. Under these conditions, it is necessary that the two bases are each of a thickness twice that of the figure eight; which generates higher height components.
  • the method according to the invention can also be used to manufacture coils with a core. In the latter case, there is only one arm left per component.
  • This antenna 22 is essentially formed of three parts. It comprises a first base 24 made of magnetic material and an arm 26 projecting from this base, a plate 28 on which an electrical winding 12 of the type described above is provided, and a second base 30 made of magnetic material.
  • magnetic material is meant a ferromagnetic material having a relatively high magnetic permeability.
  • Each of the two bases 24 and 30 has the general shape of a V extending in two planes parallel to each other and substantially perpendicular to the direction of the arm 26.
  • the plate 28 is - y -
  • the plate 28 has an opening 6 into which the arm 26 of the base 24 is introduced.
  • the free ends of the two branches defining the V shape of each of the bases have projecting parts 34 and 36 in the direction of the plane general of the wafer 28.
  • the bases 24 and 30 and the arm 26 which connects them materially and magnetically together form an antenna core.
  • Each of the bases has its two branches connected by a connecting part at the level of which the arm 26 is located.
  • the antenna core In projection in the general plane of the antenna, the antenna core has the general shape of an X ensuring sensitivity of the antenna as a function of the direction in said general plane.
  • the base 30 may also have an arm similar to the arm 26. However, only one arm integrally with one or the other of the two bases is sufficient as long as its height is equal to or greater than the thickness. of the plate 28.
  • the arrangement of the antenna 22 is particularly advantageous in that the two bases forming the antenna core and the plate serving as support for a flat winding extend in parallel planes allowing easy assembly of the three intervening parts.
  • the direction or plane of maximum sensitivity of the antenna is parallel to the general plane defined by the flat winding 12, unlike an antenna wound on a rod-shaped core whose direction of maximum sensitivity is perpendicular to the defined plane by the turns of the coil.
  • the direction of maximum sensitivity or the plane of maximum sensitivity of an antenna formed by a coil and a magnetic core is generally parallel to the magnetic axis of the coil.
  • the antenna 22 has a maximum sensitivity in one or more directions substantially perpendicular (s) to the magnetic axis of the winding 12 forming an antenna coil.
  • the bases forming the antenna core may have, in the general plane of this antenna defined by the wafer 28, various and different contours.
  • the bases can be formed of a simple bar, at least one of which comprises an arm 26 projecting in a substantially perpendicular direction.
  • the arm is located at two respective ends of the bases, which extend from these two ends in opposite general directions.
  • the arrangement of the various parts forming the antenna 22 allows inexpensive batch manufacturing according to the method of the present invention.
  • Figure 8 has been shown a lot of antennas after mounting and before separation of the antennas.
  • the bases 24 are arranged on an adhesive support 40. This support 40 can be assembled to the substrate made of ferromagnetic material in which the bases 24 are micromachined.
  • the bases 24 are regularly and precisely arranged on the substrate 40.
  • a plate formed from the assembly of plates 28 and connection arms 42 is brought.
  • openings 6 in the middle of the plates 28 are provided so that they can be inserted into all of the arms 26 of the antenna cores.
  • a plurality of second bases 30 are provided to form the batch of antennas.
  • These bases 30 are also arranged on an adhesive support not shown and similar to the support 40.
  • the electrical contact pads of the windings can advantageously be arranged, as in the embodiment described above, on tabs connected to the plate 28 to facilitate connection of the winding 12 to the electronic device in which the antenna 22 is integrated.
  • these tabs are folded and fixed to the back of the first or second base 24 or 30 so that the electrical contact pad (s) located on each tab is (are) rotated ( s) outwards. This allows easy mounting of the antennas 22 according to a surface mounting technique (SMD).
  • SMD surface mounting technique
  • the inductive components arranged for surface mounting find applications in particular in the field of telecommunications, assistance for the hearing impaired, as well as for other portable devices.

Description

COMPOSANT ELECTRONIQUE DISCRET DE TYPE INDUCTIF. ET PROCEDE DE REALISATION DE TELS COMPOSANTS
L'invention concerne un composant électronique discret de type inductif et un procédé de réalisation de tels composants. En particulier, ces composants sont utilisés dans des techniques de montage en surface (SMD), notamment des bobines d'inductance ou des transformateurs. La réalisation de composants électroniques pour le montage en surface est bien connu, notamment pour la réalisation de résistances ou de capacités, mais ceci pose des problèmes pour la réalisation en série de bobines d'inductance ou de transformateurs aux dimensions millimétriques, du fait qu'ils sont actuellement réalisés séparément les uns des autres. Dans beaucoup d'applications électroniques, on a besoin de composants électroniques de type inductif en tant qu'interface, par exemple, entre des niveaux de tension fournis par une source d'alimentation et des tensions d'entrée de circuits intégrés. Ces éléments inductifs servent notamment à aplanir des ondulations sur des signaux. Souvent les valeurs d'inductance ont besoin d'être élevées, de l'ordre des mH. Habituellement, la réalisation de tels éléments inductifs ne pose aucun problème si on utilise des noyaux en ferrite avec des enroulements électriques aux dimensions de l'ordre du centimètre. Cependant, lorsque la taille des composants doit être réduite, il y a de sérieuses contraintes sur la technologie à utiliser pour les réaliser à des valeurs d'inductance élevées.
De même, pour la réalisation d'antenne de petites dimensions formées d'un enroulement et d'un noyau magnétique, le marché a besoin d'une technologie permettant une fabrication peu onéreuse et en grande quantité. On connaît des bobines du type SMD proposées par Coilcraft à Cary, Illinois, Etats-Unis, c'est-à-dire des bobines pouvant être montées sur des plages métalliques réalisées sur des structures hybrides notamment en céramique. Ces bobines sont composées d'un noyau magnétique sur lequel un fil métallique est enroulé autour de la partie centrale et dont les extrémités sont connectées chacune sur une plage métallique de parties d'extrémité de part et d'autre de la partie centrale. Les plages métalliques peuvent servir de contact avec des plages métalliques correspondantes réalisées sur une structure hybride comprenant des pistes de connexion à différents composants électroniques. La valeur de ces bobines est au maximum de 10 μH pour des dimensions de 3 mm x 3 mm x 2.5 mm. On comprend qu'elles sont réalisées les unes après les autres du fait qu'il est nécessaire d'enrouler un fil autour de chaque circuit magnétique de manière indépendante, ce qui requiert du temps en fabrication et un coût élevé.
Le brevet américain US 5,463,365 décrit une bobine qui comprend un noyau magnétique et une partie d'enroulement formée d'une pluralité de feuilles laminées comprenant des enroulements disposés en spirale autour du noyau de façon à être coaxiaux. La connexion entre les enroulements se trouvant sur des feuilles superposées se fait par l'intermédiaire de trous métallisés bien connus de l'homme du métier. Cette façon de faire permet d'empiler un certain nombre de feuilles ou de couches, notamment des feuilles en résine de polyimide, dépendant du nombre de tours de fils métalliques souhaités pour la conception de la bobine.
La fabrication de ces bobines préconisée dans ce brevet américain est compliquée car, pour obtenir un composant du type SMD pouvant être monté sur une structure hybride, les formes d'exécution données présentent, en plus de l'agencement d'un noyau magnétique avec son empilage d'enroulement, toute une infrastructure avec un couvercle des deux côtés du circuit magnétique et plusieurs bornes de sorties dont toutes ne sont pas utilisées si le composant ne comprend qu'un enroulement. La forme dudit composant peut s'apparenter à celui d'un composant avec un boîtier plastique d'encapsulation, ce qui ne convient pas pour de très petites dimensions. De plus, le montage de ce composant est effectué pièce à pièce.
Dans le brevet américain US 5,760,671 , il est décrit un transformateur présentant deux chemins de flux magnétique définis par un circuit magnétique en ferrite ayant la forme d'un huit, ce transformateur comprenant une plaquette formée de couches empilées avec des circuits imprimés définissant les enroulements du primaire et du secondaire de ce transformateur. La plaquette présente une ouverture pour le bras central du circuit magnétique qui est entouré par les enroulements. Ces enroulements sont surélevés de la base du circuit magnétique par des marches disposées dans des coins des deux ouvertures définies par le circuit magnétique.
Ce transformateur est utilisé pour des tensions allant jusqu'à 400 V pour des dimensions dépassant le centimètre. A ces dimensions, la fabrication de tels composants ne pose pas de problème particulier, mais ne peut pas être utilisé comme composant du type SMD. L'assemblage de la plaquette avec le circuit magnétique en deux parties se fait pièce à pièce, ainsi que le collage des deux parties du circuit magnétique. L'invention se propose de pallier les inconvénients de l'art antérieur pour ce qui concerne la fabrication de composants inductifs en particulier aux dimensions millimétriques.
L'invention se propose notamment d'apporter un procédé pour réaliser une pluralité de bobines d'inductance ou de transformateurs en lot de façon à éviter un montage pièce à pièce difficile des différentes parties constituant chaque bobine ou chaque transformateur à des dimensions millimétriques.
A cet effet, chaque partie identique ou équivalente d'un lot de composants inductifs est fabriquée dans ou sur un même substrat de façon à avoir une pluralité de parties identiques ou équivalentes reliées les unes aux autres par des éléments de liaison usinés dans le substrat ou par un support solidaire de ce substrat, avant d'être séparées une fois le montage des différentes parties terminées. Par ce procédé, on gagne du temps de fabrication et on facilite grandement la manipulation des différentes parties, ce qui diminue le prix de revient.
Dans le cadre de la réalisation de la présente invention, il a été constaté qu'il est possible d'obtenir des valeurs d'inductance élevées, de l'ordre du mH, aux dimensions millimétriques tout en diminuant le courant traversant l'enroulement. Le procédé de fabrication de composants électroniques de type inductif, objet de l'invention, et des composants susceptibles d'être obtenus par ce procédé de fabrication, également objets de l'invention, sont définis précisément dans les revendications ci-jointes.
D'autres avantages et caractéristiques particulières de la présente invention seront décrits à l'aide de la description suivante faite en référence aux dessins annexés, donnés titre d'exemples non limitatifs, dans lesquels :
- la figure 1 représente un des substrats ayant subi un micro-usinage selon le procédé de l'invention avec des parties de circuit magnétique identiques et reliées les unes aux autres, - la figure 2 représente un usinage par électro-érosion d'un substrat selon un mode de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention,
- la figure 3 représente une plaquette multicouche de circuits imprimés avec plusieurs enroulements métalliques,
- la figure 4 représente une première partie de circuit magnétique avec un enroulement métallique sur une plaquette de circuits imprimés insérée entre les bras du circuit magnétique, - la figure 5 représente une bobine d'inductance obtenue selon le procédé objet de l'invention,
- la figure 6 est une vue éclatée et la figure 7 est une vue de dessus d'une antenne selon l'invention, et - la figure 8 est une vue de dessus d'un ensemble d'antennes après assemblage en lot et avant séparation en composants distincts.
La réalisation de bobines d'inductance, de transformateurs ou d'antennes aux dimensions millimétriques posent certains problèmes lors de la manipulation des éléments à assembler, notamment des noyaux ou des circuits magnétiques en ferrite. Afin de pallier à ces difficultés, le procédé selon l'invention propose de réaliser ces composants inductifs en lot (dénommé « batch-processing » en anglais), en prévoyant trois étapes principales de montage des parties de circuits magnétiques avec leurs enroulements métalliques. Un mode de mise en oeuvre de ce procédé sera décrit ci-après à l'aide des figures 1 à 3.
Tout d'abord, une première étape consiste à pratiquer un microusinage sur un substrat plat, de 1 mm d'épaisseur et 10 x 10 cm2 de surface par exemple, en matériau magnétique tel que de la ferrite, pour obtenir une pluralité de premières parties de circuit magnétique 1 qui sont identiques et reliées les unes aux autres par des éléments de liaison 2 (voir la figure 1). Chaque première partie de circuit magnétique est constituée d'une base 9 et de trois bras 8a, 8b et 8c faisant saillie de cette base. Le bras central 8b a une largeur double de celle de chacun des bras 8a et 8c se trouvant aux extrémités de la base 9. Ce premier substrat a été posé et maintenu sur un support de travail, notamment du type de ceux utilisés lors du sciage de plaquettes de circuits intégrés. Toutes les premières parties sont donc maintenues avec un espacement constant du fait qu'elles sont reliées par les éléments de liaison 2 qui sont de la même matière que les premières parties de circuit magnétique dans la variante de la figure 1. Dans une autre variante, les premières parties sont solidaires d'un support de travail qui a la fonction de relier matériellement ces premières parties lors du procédé de fabrication en lot des composants inductifs de manière à les maintenir dans des positions respectives prédéterminées.
On peut prévoir de réaliser un millier de circuits magnétiques simultanément selon le procédé objet de l'invention pour un même substrat magnétique initial. - o -
Une fois la première étape terminée, on apporte une plaque imprimée 5, visible à la figure 3, agencée de manière que les bras 8a, 8b et 8c soient insérés dans des ouvertures 6a, 6b et 6c pratiquées dans cette plaque en nombre correspondant au nombre de bras que compte le premier substrat usiné avec des espacements identiques. La plaque 5 comprend une pluralité d'enroulements 12 constitués chacun d'au moins une piste métallique enroulée en forme de spirale sur une couche ou feuille que compte cette plaque. Un enroulement 12 peut comprendre un ensemble de pistes métalliques déposées sur un ensemble de couches formant une plaque multicouche, ces pistes étant reliées d'une couche à l'autre par la technique de trous conducteurs 11 (par exemple avec du cuivre) bien connue de l'homme du métier. Chaque enroulement 12 se termine par deux plages de contact électrique 7a et 7b, hors de la projection du circuit magnétique dans le plan général de la plaquette, destinées à servir une fois le composant réalisé à la connexion de celui-ci avec des plages correspondantes d'une structure hybride, selon la technique de montage de composants du type SMD. On prévoit de préférence que l'ensemble des plages de contact électrique soient situées sur une même couche de la plaque en utilisant, le cas échéant, ladite technique de trous conducteurs. La plaque imprimée 5 est constituée de couches ou de feuilles en résine de polyimide. Des parties ajourées peuvent être prévues autour des enroulements afin de faciliter la séparation des composants terminés, comme représenté à la figure 3. On notera que deux enroulements peuvent être prévus coaxiaux sur une même couche. De plus, il est possible de prévoir des pistes métalliques des deux côtés d'une même couche. Dans ce dernier cas, on veillera à assurer l'isolation électrique nécessaire s'il y a plusieurs couches imprimées.
Dans le cas d'une bobine d'inductance telle que représentée à la figure 5, la première partie 1 est associée à un seul enroulement avec deux pistes métalliques agencées respectivement des deux côtés de la plaquette 4, cet enroulement se terminant par deux plages de contact 7a et 7b.
Dans le cas d'un transformateur, le circuit magnétique comprend deux enroulements avec chacun au moins deux plages de contact. Il est prévu de préférence que les plages de contact de ces deux enroulements soient situées sur une même couche externe de la plaque 5. Si l'enroulement secondaire du transformateur comprend plus de deux plages de contact, on peut disposer d'un rapport de tension variable entre le primaire et le secondaire. La troisième étape du procédé consiste à venir fixer, notamment par collage, un second substrat d'un matériau magnétique, tel que de la ferrite, sur le premier substrat. Le second substrat est micro-usiné de façon à réaliser une pluralité de secondes parties 13 de circuit magnétique reliées les unes aux autres par des éléments de liaison du même matériau, de manière similaire à ce qui est représenté à la figure 1. Chaque seconde partie 13 vient fermer chaque première partie 1 de circuit magnétique avec la plaque imprimée 5 insérée entre la base 9 de la première partie 1 et la seconde partie 13 correspondante qui définit également au moins une base. La forme des deuxièmes parties de circuit magnétique peut être similaire à la forme des premières parties de circuit magnétique, les extrémités libres des bras des première et deuxième parties étant alors situées les unes en face des autres.
Dans une autre variante, les deuxièmes parties sont solidaires d'un support de travail, notamment une feuille adhésive, qui a la fonction de relier matériellement les deuxièmes parties lors de l'assemblage en lot.
Les deuxièmes parties 13 de circuit magnétique peuvent ne consister qu'en une traverse formant une base se posant simplement sur les bras de la première partie et les recouvrant entièrement de façon qu'une fois les deux parties reliées, le circuit magnétique résultant présente la forme générale d'un huit. Cette configuration est utilisée dans le cas où la plaque 5 comprend par exemple deux couches pour un unique enroulement 12 définissant une bobine d'inductance comme représentée à la figure 5. Si, par contre, l'épaisseur de la plaque multicouche devait être plus grande que la hauteur des bras de la première partie du circuit magnétique, notamment au cas où elle comprend quatre couches ou plus pour un transformateur, il est prévu de préférence d'employer des deuxièmes parties équivalentes aux premières parties pour pouvoir fermer le circuit magnétique.
Une fois que ces trois étapes importantes sont terminées, il est possible de séparer les composants par un usinage ou un découpage approprié. On notera que les première et deuxième parties magnétiques peuvent former un noyau de bobine, notamment d'une antenne, non fermé sur lui-même, comme dans le mode de réalisation des figures 6 et 7 décrit par la suite. Selon un mode de mise en oeuvre préféré du procédé de l'invention, il est prévu de disposer les plages de contact électrique d'un composant sur au moins une languette formée dans la plaque 5 lors de cet usinage ou découpage si cela n'a pas déjà été effectué dans une étape préliminaire ou lors de la formation de la plaque multicouche 5. Ainsi, une languette peut avoir une ou plusieurs plages de contact. Par la suite, en référence à la figure 4, on replie les languettes 16 et 18 présentant les plages de contact électrique 7a et 7b sur une surface externe du circuit magnétique, notamment sur le dos de la base 9 de sa première partie 1 , et on les colle sur cette base. La figure 4 montre par des flèches le sens du pliage des languettes 16 et 18 avec, à leurs extrémités, lesdites plages 7a et 7b. Ces plages sont destinées à être soudées notamment sur des plages de contact électrique prévues sur une structure hybride pour la connexion de la bobine d'inductance ou du transformateur avec d'autres composants de la structure hybride.
On notera que l'on peut dans une variante avantageuse replier les languettes 16 et 18 avec leurs plages respectives avant la séparation des composants, pour autant que la plaque 5 soit ajourée ou découpée autour des languettes 16 et 18.
Comme on peut le voir aux figures 4 et 5, la plaquette 4 découpée de la plaque 5 a des portions s'étendant au delà de la largeur du circuit magnétique. Ces portions peuvent être également repliées en direction de la base du circuit magnétique et collées avec isolement contre les bras et la base du circuit. Ceci permet de gagner de la place.
Lors du collage de la deuxième partie avec la première partie de circuit magnétique, il est possible que la colle englobe au moins en partie la plaquette multicouche 4 de manière à la fixer solidement au circuit magnétique.
Le micro-usinage pour la réalisation des première et deuxième parties de circuit magnétique peut consister de préférence en un usinage par électroérosion comme représenté schématiquement à la figure 2. On utilise une électrode 3 à motifs en relief pour réaliser une pluralité de parties de circuit magnétique identiques définies par l'électrode. L'électrode pourrait dans certains cas comprendre des zones à motifs différents pour réaliser des parties de circuit magnétique différentes d'une zone à l'autre sur un même substrat.
Le micro-usinage pour la réalisation des première et deuxième parties de circuit magnétique peut aussi utiliser une technique avec jet de sable.
Le micro-usinage pour la réalisation des première et deuxième parties de circuit magnétique et pour la séparation des composants peut utiliser un laser, en particulier pour les étapes de découpage. Les dimensions du composant de type inductif peuvent avoir notamment une largeur I entre 0.5 mm et 1 mm et une longueur L entre 1.4 mm et 2.8 mm pour une hauteur h de 1 mm à 1.5 mm. Chaque bras s'élève par exemple d'environ 0.2 mm au-dessus de la base 9. Le bras central a une largeur double de la largeur des deux bras situés aux extrémités de la base et sa valeur est par exemple d'environ 0.4 mm. Dans ces dimensions, on peut placer une plaquette multicouche de circuits imprimés comprenant un ou deux enroulements, par exemple un enroulement avec un nombre N de spires égal à 56 ou 18. Dans le cas où N = 56, la valeur de l'inductance est d'environ 1 mH, alors que pour N = 18, la valeur de l'inductance est d'environ 0.1 mH.
Les pistes métalliques de la plaquette 4 sont obtenues notamment à l'aide d'un procédé de gravure au plasma de 10 à 15 μm de profondeur. Elles ont par exemple 50 μm de large. L'écart entre deux pistes (dénommé « pitch » en anglais) d'un même enroulement est de 14 μm pour une inductance de valeur 1 mH et 44 μm pour une inductance de 0.1 mH. Les trous métallisés ont environ 100 μm de large.
La fabrication de tous ces enroulements sur la plaque multicouche 5 est connue de l'homme du métier. D'autres formes du circuit magnétique fermé peuvent être envisagées.
Au lieu de trois bras, le circuit magnétique peut n'en comporter que deux. Dans ces conditions, il est nécessaire que les deux bases soient chacune d'une épaisseur double à celle de la forme en huit; ce qui engendre des composants de plus grande hauteur. On peut utiliser le procédé selon l'invention aussi pour fabriquer des bobines avec un noyau. Dans ce dernier cas, il n'y a plus qu'un seul bras par composant.
A l'aide des figures 6 à 8, on décrira ci-après une antenne formée selon le procédé de l'invention. Cette antenne 22 est formée essentiellement de trois parties. Elle comprend une première base 24 en matériau magnétique et un bras 26 faisant saillie de cette base, une plaquette 28 sur laquelle est prévue un enroulement électrique 12 du type décrit précédemment, et une deuxième base 30 en matériau magnétique. Par matériau magnétique, on comprend un matériau ferromagnétique ayant une perméabilité magnétique relativement élevée. Chacune des deux bases 24 et 30 présente la forme générale d'un V s'étendant dans deux plans parallèles entre eux et sensiblement perpendiculaires à la direction du bras 26. De préférence, la plaquette 28 est - y -
fixée au noyau de manière que son plan général soit aussi sensiblement perpendiculaire à la direction dudit bras. La plaquette 28 présente une ouverture 6 dans laquelle est introduit le bras 26 de la base 24. Dans la variante représentée, les extrémités libres des deux branches définissant la forme en V de chacune des bases présentent des parties saillantes 34 et 36 en direction du plan général de la plaquette 28. Les bases 24 et 30 et le bras 26 qui les relie matériellement et magnétiquement forment ensemble un noyau d'antenne. Chacune des bases a ses deux branches reliées par une partie de liaison au niveau de laquelle est situé le bras 26. En projection dans le plan général de l'antenne, le noyau d'antenne présente la forme générale d'un X assurant une sensibilité de l'antenne en fonction de la direction dans ledit plan général. On notera que la base 30 peut présenter également un bras similaire au bras 26. Toutefois, seul un bras venu de matière avec l'une ou l'autre des deux bases est suffisant pour autant que son hauteur soit égale ou supérieure à l'épaisseur de la plaquette 28.
L'agencement de l'antenne 22 est particulièrement intéressant par la fait que les deux bases formant le noyau d'antenne et la plaquette servant de support à un enroulement plat s'étendent dans des plan parallèles permettant un assemblage aisé des trois parties intervenant. Ainsi, la direction ou le plan de sensibilité maximal de l'antenne est parallèle au pian général défini par l'enroulement plat 12, contrairement à une antenne bobinée sur un noyau en forme de barreau dont la direction de sensibilité maximale est perpendiculaire au plan défini par les spires de la bobine. En d'autres termes, la direction de sensibilité maximale ou le plan de sensibilité maximale d'une antenne formée d'une bobine et d'un noyau magnétique est en général parallèle à l'axe magnétique de la bobine. Par contre, l'antenne 22 présente une sensibilité maximale selon une ou plusieurs directions sensiblement perpendiculaire(s) à l'axe magnétique de l'enroulement 12 formant une bobine d'antenne. On notera que les bases formant le noyau d'antenne peuvent présenter, dans le plan général de cette antenne définie par la plaquette 28, des contours divers et différents. Notamment, les bases peuvent être formées d'un simple barreau dont l'un au moins comprend un bras 26 faisant saillie selon une direction sensiblement perpendiculaire. De préférence, le bras est situé à deux extrémités respectives des bases, lesquelles s'étendent depuis ces deux extrémités selon des directions générales opposées. L'agencement des diverses parties formant l'antenne 22 permet une fabrication en lot peu onéreuse selon le procédé de la présente invention. Sur la figure 8 a été représenté un lot d'antennes après montage et avant séparation des antennes. Les bases 24 sont agencées sur un support adhésif 40. Ce support 40 peut être assemblé au substrat en matériau ferromagnétique dans lequel les bases 24 sont micro-usinées. Ainsi, les bases 24 sont disposées régulièrement et précisément sur le substrat 40. Ensuite, une plaque formée de l'ensemble des plaquettes 28 et de bras de connexion 42 est apportée. Comme décrit précédemment, des ouvertures 6 au milieu des plaquettes 28 sont prévues de manière à ce qu'elles puissent s'insérer dans l'ensemble des bras 26 des noyaux d'antenne. Finalement, une pluralité de deuxièmes bases 30 est apportée pour former le lot d'antennes. Ces bases 30 sont également disposées sur un support adhésif non représenté et similaire au support 40. Une fois les bases 24 et 30 assemblées par exemple par collage, au moins l'un des supports adhésifs est retiré et une étape de découpage des bras 42 est prévu pour former des antennes distinctes les unes des autres. Finalement, lorsqu'un support adhésif est conservé pour ladite étape de découpage, le lot d'antennes peut rester assemblé au substrat adhésif restant jusqu'à leur montage dans des dispositifs respectifs dans lequel il est prévu de les intégrer.
On notera finalement que les plages de contact électrique des enroulements peuvent avantageusement être disposées, comme dans le mode de réalisation décrit précédemment, sur des languettes reliées à la plaquette 28 pour faciliter la connexion de l'enroulement 12 au dispositif électronique dans lequel l'antenne 22 est intégrée. Dans une variante avantageuse, il est prévu que ces languettes soient pliées et fixées au dos de la première ou seconde base 24 ou 30 de manière que la ou les plages de contact électrique située(s) sur chaque languette soi(en)t toumée(s) vers l'extérieur. Ceci permet un montage aisé des antennes 22 selon une technique de montage en surface (SMD).
Les composants inductifs agencés pour un montage en surface trouvent des applications notamment dans le domaine des télécommunications, de l'aide aux malentendants, ainsi que pour d'autres dispositifs portables.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication de composants électroniques discrets de type inductif, notamment de bobines d'inductance, de transformateurs ou d'antennes, comprenant les étapes suivantes :
- micro-usiner un premier substrat en matériau magnétique de façon à réaliser en lot une pluralité de premières parties (1) reliées les unes aux autres par des premiers éléments de liaison (2) ou un premier support de liaison (40) et formant chacune une première base (24; 9) et au moins un bras (26; 8b) faisant saillie de cette première base;
- réaliser une plaque (5) avec des ouvertures (6; 6a, 6b, 6c) la traversant de part en part et disposées de manière correspondante aux bras (26; 8a, 8b, 8c) desdites premières parties dudit premier substrat, au moins un enroulement (12) électriquement conducteur par première partie étant porté par ladite plaque autour d'une (6; 6b) desdites ouvertures;
- placer ladite plaque sur le premier substrat de façon à ce qu'elle soit insérée par ses ouvertures entre lesdits bras;
- micro-usiner un second substrat en matériau magnétique de façon à réaliser en lot une pluralité de secondes parties (30; 13) reliées les unes aux autres par des seconds éléments de liaison ou un second support de liaison et formant chacune au moins une seconde base; - placer le second substrat micro-usiné sur ledit premier substrat et ladite plaque, et relier les secondes parties du second substrat aux premières parties respectives du premier substrat de façon à réaliser en lot une pluralité de noyaux ou de circuits magnétiques associés chacun à au moins un enroulement (12); et - séparer la pluralité de composants obtenus par usinage ou découpage de ladite plaque (5) de manière à former une pluralité de plaquettes (4; 28) distinctes associées respectivement à ladite pluralité de noyaux ou de circuits magnétiques.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque enroulement (12) se termine par deux plages de contact électrique (7a, 7b) situées hors de la projection desdites premières et deuxièmes bases sur ladite plaque, ladite plaque étant soit formée directement avec des languettes (16, 18) aux extrémités desquelles sont situées lesdites plages de contact, soit découpées de manière à former de telles languettes, ce procédé comprenant une étape de pliage desdites languettes de manière à amener leurs extrémités contre le dos de ladite première ou seconde base où elles sont fixées de manière à fournir des composants pouvant être utilisés dans les techniques de montage en surface.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une partie desdites languettes présentent à leurs extrémités respectives chacune plusieurs plages de contact.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites secondes parties sont sensiblement identiques auxdites premières parties.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit matériau magnétique est de la ferrite.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit micro-usinage pratiqué sur les premier et second substrats est un usinage par électro-érosion à l'aide d'une électrode (3) à motifs en relief.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le micro-usinage pratiqué sur les premier et second substrats utilise une technique avec un jet de sable.
8. Composant électronique de type inductif, notamment bobine d'inductance, transformateur ou antenne, comprenant : - une première partie (1 ) en matériau magnétique formant une première base (9) et au moins un bras (8b) faisant saillie au-dessus de cette première base,
- une seconde partie (13) en matériau magnétique formant au moins une seconde base et étant fixée à l'extrémité libre dudit bras de ladite première partie de façon à définir avec cette dernière un noyau ou un circuit magnétique,
- une plaquette (4) insérée entre lesdites première et deuxième bases et présentant une ouverture pour le passage dudit bras, cette plaquette (4) portant au moins un enroulement (12) électriquement conducteur qui entoure ledit bras (8b), cet enroulement se terminant par au moins deux plages de contact électrique (7a, 7b) situées hors de la projection desdites première et deuxième bases dans le plan général de ladite plaquette, caractérisé en ce que lesdites au moins deux plages de contact électrique sont situées sur au moins une languette (16, 18) formée d'au moins une couche ou feuille de ladite plaquette, l'extrémité de ladite au moins une languette étant pliée et fixée sur une surface externe de ladite première ou seconde base de manière que lesdites plages de contact électrique soient tournées vers l'extérieur.
9. Composant selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdites première et seconde parties (1 , 13) en matériau magnétique forment ensemble un circuit magnétique fermé avec trois bras (8a, 8b, 8c) reliant lesdites première et deuxième bases, ledit enroulement entourant le bras central (8b).
10. Composant selon la revendication 9, caractérisé en ce que la plaquette (4) comprend deux languettes (16, 18) ayant chacune au moins une plage de contact électrique, ces languettes étant pliées et fixées sur une même surface externe dudit circuit magnétique.
11. Antenne (22) formée d'un noyau en matériau magnétique et d'un enroulement (12) en matériau conducteur, caractérisée en ce que ledit noyau est formé d'une première partie, définissant une première base (24) et un bras (26) faisant saillie de cette première base, et d'une deuxième partie définissant une deuxième base (30) et assemblée à ladite première partie au niveau de l'extrémité libre dudit bras, ledit enroulement étant supporté par une plaquette (28) présentant dans la région centrale de l'enroulement une ouverture (6) dans laquelle est insérée ledit bras, lesdites première et deuxième bases s'étendant dans des premier et deuxième plans sensiblement parallèles entre eux et sensiblement perpendiculaires à la direction dudit bras.
12. Antenne selon la revendication 11 , caractérisée en ce que ladite plaquette présente un plan général sensiblement parallèle auxdits premier et deuxième plans.
13. Antenne selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que ledit bras (26) est situé sensiblement à une première extrémité de ladite première base et à une deuxième extrémité de ladite deuxième base, ces première et deuxième bases s'étendant respectivement depuis ces première et deuxième extrémités selon des directions générales opposées.
14. Antenne selon la revendication 13, caractérisée en ce que lesdites première et deuxième bases présentent chacune la forme générale d'un V avec deux branches reliées par une partie de liaison, ledit bras reliant les deux bases au niveau des parties de liaison respectives de sorte que ces deux bases présentent en projection dans ledit premier ou deuxième plan la forme générale d'un X.
15. Antenne selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'il est prévu au niveau des extrémités libres desdites branches de la première base et de la deuxième base des parties saillantes (34, 36) en direction respectivement dudit deuxième plan et dudit premier plan.
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