FR2810495A1 - Module haute frequence - Google Patents

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Takahiro Watanabe
Eigoro Ina
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Abstract

Un module haute fréquence comporte un substrat multicouche (12). Un circuit intégré de bande de base (14), un circuit intégré de mémoire (16), un oscillateur à quartz (18) et des composants à montage en surface (20) sont montés sur le côté supérieur du substrat multicouche (12). Un capuchon métallique (31) est également lié au côté supérieur du substrat multicouche. Une cavité (24) est formée dans le côté inférieur du substrat multicouche sensiblement au niveau de son centre. Un premier circuit intégré RF (26) et un second circuit intégré RF (28) sont noyés dans la cavité. Des motifs de câblage (32) pour une connexion entre le circuit intégré de bande de base et le circuit intégré de mémoire, des trous traversants (34), des composants passifs RF (36) et un motif d'électrode de masse de blindage (38) sont formés de façon interne par rapport au substrat multicouche (12).

Description

ARRIÈRE-PLAN DE L'INVENTION 1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un module RF (parfois appelé aussi module radiofréquence module haute fréquence) et de façon davantage particulière, un module RF qui comporte des circuits intégrés (appelés IC) tels que par exemple un IC RF, un IC de bande de base et un IC de mémoire, qui sont montés sur un substrat, lequel module RF est utilisé par exemple dans terminal de communication mobile.
2. Description de l'art antérieur Des modules RF qui sont destinés pour une utilisation dans des terminaux de communication mobile ont été développés. Un tel module RF comporte typiquement des composants tels qu'un IC RF, un IC de bande de base, un IC de mémoire et un oscillateur à quartz, lesquels composants sont montés sur carte de circuit imprimé à une seule couche ou monocouche.
Un module RF classique d'un type qui n'est pas équipé d'une antenne présente typiquement dimensions constituées par une longueur de 33 millimètres, largeur de 17 millimètres et une épaisseur de 3,65 millimètres. Un autre module RF d'un type qui comporte une antenne incorporée sur le substrat présente typiquement des dimensions constituées par une longueur de 32 millimètres, une largeur de 15 millimètres et une épaisseur de 2,9 millimètres est également disponible. Ces modules RF sont de dimensions trop importantes pour être montés dans par exemple un téléphone portable. RÉSUMÉ DE L'INVENTION Par conséquent, un objet essentiel de la présente invention consiste à proposer un module RF qui puisse être mis en oeuvre moyennant des dimensions réduites.
A cette fin, conformément à la présente invention, on propose un module RF comprenant un substrat multicouche ; un circuit intégré de bande de base, un circuit intégré de mémoire et un circuit intégré RF qui sont montés sur ledit substrat multicouche; un composant passif RF qui est incorporé dans ledit substrat multicouche ; et motif de câblage qui est incorporé dans ledit substrat multicouche, ledit motif de câblage interconnectant ledit circuit intégré de bande de base et ledit circuit intégré de mémoire.
module RF peut en outre comprendre une antenne qui est incorporée dans le substrat multicouche.
Au moins un circuit intégré pris parmi 1'1C de bande de base,<B>PIC</B> de mémoire et 1'1C RF peut être une puce nue.
Lorsqu'une telle puce nue est utilisée, l'agencement peut être tel qu'au moins une cavité est formée dans une partie substrat multicouche et la puce nue est disposée dans la cavité.
Le module RF de la présente invention peut être configuré de telle sorte que 1'1C de bande de base et 1'1C de mémoire soient montés sur un côté du substrat multicouche tandis que ('1C RF monté sur l'autre côté du substrat multicouche.
module RF de la présente invention peut comprendre en outre motif d'électrode de masse de blindage qui est interposé entre le côté dudit substrat multicouche sur lequel ledit IC de bande et ledit IC de mémoire sont montés et le composant passif RF qui est incorporé dans le substrat multicouche.
Le module RF peut en outre comprendre un motif d'électrode de rognage qui est formé sur une surface du substrat multicouche, pour permettre le réglage de caractéristiques de fréquence.
Lorsqu'une puce nue est utilisée en tant que IC RF, le module RF peut en outre comprendre : un motif de masse pour empêcher un rayonnement de signal RF produit à l'intérieur dudit substrat multicouche en un emplacement sur le côté inférieur de ladite puce nue de manière à empêcher un rayonnement non nécessaire de signaux RF depuis ledit circuit intégré RF ; et une pluralité de trous de via qui sont agencés à l'intérieur dudit substrat multicouche et autour de ladite puce nue, lesdits trous de via assurant une connexion sur ledit motif d'électrode de masse pour empêcher un rayonnement de signal RF.
Le module RF peut en outre comprendre un boîtier métallique formé sur le substrat multicouche et jouant le rôle de partie d'une antenne.
Dans le module RF de la présente invention qui présente les caractéristiques décrites, un substrat multicouche est utilisé en tant que substrat et le composant passif RF et le motif de câblage interconnectant 1'1C de bande de base et 1'1C de mémoire sont incorporés de façon sélective dans le substrat multicouche. Par conséquent, le module RF de la présente invention est d'une dimension réduite par comparaison avec des modules RF classiques et il peut être monté de façon appropriée dans par exemple un téléphone portable.
Les objets, caractéristiques et avantages de la présente invention qui ont été présentés ci-avant ainsi que d'autres apparaîtront davantage au vu de la description qui suit des modes de realisation qui est à considerer en conjonction avec les dessins annexés.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une représentation schématique élévation avant d'un module RF conformément à la présente invention la figure 2 est un schéma de circuit du module qui est représenté la figure 1 ; la figure 3 est une représentation schématique en élévation avant d'un autre mode de réalisation du module RF conformément à la présente invention ; la figure 4 est une vue en perspective d'encore un autre mode de réalisation du module RF conformément à la présente invention ; la figure 5 est une représentation schématique en élévation avant du module RF qui est représenté sur la figure 4 ; la figure 6 est un schéma de circuit équivalent d'une antenne du module RF qui est représenté sur la figure 4 ; la figure 7 est une vue en perspective d'encore un autre mode de réalisation du module RF conformément à la présente invention ; la figure 8 est une représentation schématique en élévation avant du module RF qui est représenté sur la figure ; la figure 9 est un schéma de circuit équivalent d'une antenne du module RF qui est représenté sur la figure 7 ; la figure 10 est une vue en plan schématique d'encore un autre mode de réalisation du module RF conformément à la présente invention ; la figure 11 est une représentation schématique en élévation avant du module RF qui est représenté sur la figure 10 ; la figure 12 est une vue en plan de dessous schématique du module RF qui est représenté sur la figure 10 ; et la figure 13 est un schéma fonctionnel qui représente des motifs de circuit qui incluent un motif d'électrode de rognage d'un résonateur qui est incorporé dans le module RF qui est représenté sur la figure 10. DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PREFÉRÉS La figure 1 est une représentation schématique en élévation avant d'un module RF de la présente invention tandis que la figure 2 est un schéma de circuit du module RF. Le module RF 10 qui est représenté sur la figure 1 comporte un substrat multicouche 12 qui est réalisé par exemple en céramiques soumises à une co-combustion basse température.
Un IC de bande de base 14, un IC de mémoire 16, un oscillateur à quartz 18 et des composants montés en surface sont montés sur le côté de surface supérieure du substrat multicouche 12.
L'IC de bande de base 14 est responsable du traitement des signaux de bande de base de même que de la commande globale du module RF 10. De façon davantage spécifique, 1'1C de bande de base réalise les opérations telles que la commutation entre des modes émission et réception, la commande d'un circuit de boucle à verrouillage de phase (appelée PLL) et d'un amplificateur de puissance (appelé PA), etc. tout en jouant le rôle d'interface pour une connexion sur un terminal de côté d'hôte tel qu'un bus de série universel USB, un émetteur- récepteur asynchrone universel (appelé UART) et une modulation de code par impulsions (appelée PCM). L'IC de mémoire (mémoire morte ou ROM) 16 est par exemple une memoire flash qui stocke un logiciel de commande pour commander le fonctionnement du module RF 10.
L'oscillateur à quartz (QCO) 18 est connecté à<B>PIC</B> de bande de base 14 et est utilisé en tant qu'oscillateur de référence.
composants montés en surface incluent des composants électroniques tels qu'un inducteur du type puce, un condensateur du type puce, une résistance du type puce, un transistor du type puce et une diode du type puce.
Un boîtier métallique 22 est fixé sur le côté de surface supérieure du substrat multicouche 12 de manière à recouvrir 1'1C de bande de base 14,<B>PIC</B> de mémoire 16, l'oscillateur à quartz 18 et les composants à montage en surface 20.
Une cavité 24 est formée dans le côté de surface inferieur du substrat multicouche 12 pratiquement au niveau de sa partie centrale. Un premier IC RF 26 et un second IC RF 28 qui sont des IC RF pour traiter des signaux RF sont disposés dans la cavité 24. A titre d'exemple, le premier IC RF 26 et le second IC RF 28 sont puces nues. Le premier IC RF 26 et le second IC RF 28 sont recouverts d'une résine 30 qui remplit la cavité 24.
Des motifs conducteurs de câblage et des trous traversants 34 interconnectant 1'1C de bande de base 14 et l'IC de mémoire 16, des composants passifs RF 36 et un motif d'électrode de masse de blindage 38 sont formés de façon interne par rapport au substrat multicouche 12.
Les composants passifs RF 36 incluent par exemple des éléments passifs tels qu'un inducteur, un condensateur, une ligne à constante distribuée, un résonateur, un filtre MC et un symétriseur et ils constituent une partie d'extrémité avant d'un terminal de communication en coopération avec les composants montés en surface RF 20. Le motif de masse de blindage 38 est formé entre PIC de bande de base 14 et <B>PIC</B> de mémoire 16, et les composants passifs RF 36.
A titre d'exemple, le module RF 10 présente un schéma fonctionnel constitué par un dispositif complet comme représenté sur la figure 2.
Ce module RF 10 présente une dimension inférieure à celles des modules RF classiques et par conséquent, il peut être monté dans un dispositif tel qu téléphone portable en vertu du fait que le motif de câblage 32, les trous traversants 34, les composants passifs RF 36 et le motif d'électrode de blindage de masse 38 sont intégrés de façon interne par rapport au substrat multicouche 12.
Dans modules RF classiques, des motifs de câblage pour interconnecter des composants sont formés sur la surface de la carte de circuit imprimé. A l'opposé, conformément à la presente invention cependant, ces motifs de câblage sont agencés à l'intérieur du substrat multicouche 12, ce qui assure une amélioration des caractéristiques RF.
Ce module RF 10 présente des caractéristiques davantage améliorées, par exemple en termes de fiabilité, ' des matériaux diélectriques de céramique qui peuvent être frittés à une température faible sont utilisés pour former le substrat multicouche 12 tandis que des matériaux hautement conducteurs tels que Cu ou Ag sont utilisés en tant que matériau des motifs de câblage et du motif d'électrode à l'intérieur du substrat multicouche 12.
Dans ce module RF 10, des composants de commande tels que 1'1C de bande de base 14, 1'1C de mémoire 16, etc. sont montés sur la surface de côté supérieur du substrat multicouche 12 tandis que des composants RF tels que le premier IC RF 26 et le second IC RF 28 sont montés sur la surface de côté inférieur du substrat multicouche 12, ce qui permet une réduction de l'aire de surface du substrat multicouche 12 par l'intermédiaire d'une utilisation efficace de ses deux côtés.
Dans ce module RF 10, des dispositifs semiconducteurs tels que <B>PIC</B> de bande de base 14 et 1'1C de mémoire 16 ainsi que les composants RF tels que le premier IC RF 26 et le second IC RF 28 sont partagés sur les deux côtés du substrat multicouche 12 de telle sorte que le motif de câblage qui interconnecte les bornes de commande du système de commande et la borne de commande du système RF soient raccourci, ce qui contribue à une réduction de la dimension du module de même qu'à une réduction des pertes de signal.
Dans ce module RF 10, les composants du système de commande sont formés sur une couche supérieure du substrat multicouche 12 tandis que les composants du système RF sont formés -une couche inférieure du substrat multicouche 12 tandis que le motif d'électrode de masse de blindage 38 intervient entre de telle sorte que le système de commande et le système RF sont isolés l'un de l'autre par le motif d'électrode de masse de blindage 38. Par conséquent, une interférence de signaux entre le bloc de commande qui inclut 1'1C de bande de base 14 et 1'1C de mémoire 16 et le bloc RF qui inclut le premier IC RF 26 et le second IC RF 28 est atténuée voire supprimée, d'où la réalisation d'une stabilité plus élevée des fonctionnements des blocs respectifs.
Dans ce module RF 10, le premier IC RF 26 et le second IC RF 28 sont disposés dans la cavité 24 qui est formée dans la surface de côté inférieur du substrat multicouche 12, d'où la réalisation de la planéité de la surface inférieure du module, ce qui son tour rend possible d'utiliser des électrodes d'entrée/sortie (1l0) du type à plage ordinaire. Ce module RF permet par conséquent un montage en surface même lorsqu'un substrat double face est utilisé.
En outre, dans ce module RF 10, le premier IC RF 26 et le second IC RF 28 sont des puces nues et par conséquent, ils peuvent être aisément montés dans la cavité 24, ce qui contribue à une réduction supplémentaire de la dimension du module RF.
La figure 3 est une représentation schématique en élévation avant d'un autre mode de réalisation du module RF conformément à la présente invention. Dans le module RF qui est représenté sur la figure 3, la résine 30 qui est utilisée dans le module RF 10 de la figure 1 afin de remplir la cavité 24 est remplacée par un capuchon métallique 31 qui est fixé au substrat multicouche 12 de manière à sceller la cavité 24.
Le module RF 10a qui est représenté sur la figure 3 procure un avantage par rapport au module RF 10 de la figure 1 qui consiste en ce que le capuchon métallique 31 joue également le rôle de blindage pour le premier IC RF 26 et le second IC RF 28.
La figure 4 est une vue en perspective d'encore un autre mode de réalisation du module RF conformément à la présente invention. La figure 5 est une représentation schématique en élévation avant de ce module RF tandis que la figure 6 est un schéma de circuit équivalent d'une antenne de ce même module. Le module RF 10b qui est représenté sur la figure 4 comporte un substrat multicouche 12b qui est légèrement plus grand que celui du module RF 10a qui est représenté sur la figure 3, et une antenne en spirale 40 qui comporte un motif d'électrode et des trous traversants est incorporée dans le module RF 10b.
La figure 7 est une vue en perspective d'encore un autre exemple du module RF conformément à la présente invention. La figure 8 est une représentation schématique en élévation avant de ce module RF tandis que la figure 9 est un schéma de circuit équivalent d'une antenne de ce meure module. Le module RF 10c qui est représenté sur la figure 7 comporte un substrat multicouche 12c qui est légèrement plus grand que celui du module RF 10a qui est représenté sur la figure 3, et une antenne 40 qui est réalisée à partir d'une feuille métallique en forme de boucle incorporée dans la surface supérieure du substrat multicouche 12c. En outre, un condensateur d'adaptation 42 est également incorporé de façon interne par rapport au substrat multicouche 12c. L'antenne peut être formée par une combinaison de la feuille métallique en forme de boucle et du boîtier métallique 22 ou par le boîtier métallique 22 seul.
Le module RF 10b qui est représenté sur la figure 4 comporte l'antenne 40 incorporée dans le substrat multicouche 12b et le module RF 10c qui est représenté sur la figure 7 comporte l'antenne 41 et le condensateur d'adaptation 42 incorporés dans le substrat multicouche 12c. Par conséquent, ces modules RF 10b et 10c peuvent présenter des dimensions réduites par comparaison avec les cas dans lesquels l'antenne est montée de façon externe.
Le module RF 10 qui est représenté sur la figure 1, lorsqu'une antenne est montée de façon externe dessus, nécessite du travail au niveau de l'extrémité d'utilisateur pour réaliser une adaptation entre l'antenne et le dispositif sans fil.
A l'opposé, le module RF 10b qui est représenté sur la figure 4 et le module 10c qui est représenté sur la figure 7 éliminent la nécessité d'un travail pour une adaptation au niveau du côté d'utilisateur du fait que modules RF peuvent être conçus de manière à comporter façon inhérente l'adaptation du fait de l'incorporation de l'antenne 40 de l'incorporation à la fois de l'antenne 41 et du condensateur d'adaptation 42.
La figure 10 est une vue en plan schématique d'un autre mode de réalisation du module RF conformément à la présente invention, la figure 11 est une représentation schématique en élévation avant du module RF, la figure 12 est une vue en plan de dessous schématique du module RF et la figure 13 est un schéma fonctionnel qui représente des motifs qui incluent un motif d'électrode de rognage d'un résonateur qui est incorporé dans le module RF.
Ainsi, le module RF 10d qui est représenté sur la figure 10 est caractérisé par un motif d'électrode de rognage d'oscillateur 44 et par d'autres motifs qui sont formés sur le côté supérieur du substrat multicouche 12d.
Le module RF 10d comporte en outre un motif d'électrode de masse pour empêcher un rayonnement de signal RF 46 formé sur côté inférieur du IC RF 26 dans le substrat multicouche 12d, comme peut le voir au vu de la figure 11.
En outre, comme représenté sur la figure 12, le module RF 10d comporte une pluralité de trous de via 48 qui sont formés dans le substrat multicouche 12d de manière à entourer 1'1C RF 26. Le motif d'électrode de masse permettant d'empêcher un rayonnement de signal RF 46 est connecté par l'intermédiaire de ces trous de via 48 au capuchon métallique 31 qui est maintenu au potentiel de masse.
Le module RF 10d qui est représenté sur la figure 10 est configuré de manière à permettre le réglage des caractéristiques de fréquence telles qu'une fréquence d'oscillation et que des caractéristiques de filtre par l'intermédiaire du rognage du motif d'électrode de rognage 44 au moyen par exemple d'un laser tout en surveillant ou en mesurant la forme d'ondes de sortie totale ou la performance totale de la section sans fil, comme représenté sur la figure 13. Ceci permet la mise en oeuvre du réglage sur la base des caractéristiques finales qui sont obtenues dans la structure finale qui incorpore des circuits tels que le filtre incorporé et qu'un amplificateur IC. II est par conséquent possible de stabiliser les caractéristiques des produits et d'améliorer le rendement de fabrication.
En outre, dans le module RF 10d qui est représenté sur la figure 10, 1'1C RF 26 est entouré par le motif d'électrode de masse pour empêcher le rayonnement de signal RF 46, par les trous de via 48 et par un capuchon métallique 31, ce qui empêche un rayonnement non nécessaire des signaux RF depuis 1'1C RF 26. Ceci sert atténuer voire à supprimer un couplage entre différents circuits, ce qui contribue à la stabilisation des caractéristiques. Dans le module RF 10d qui est représenté sur la figure 10, le capuchon métallique 31 peut être remplace par une résine qui remplit la cavité 24 qui est formée dans le substrat multicouche 12d. Un tel autre agencement procure les mêmes avantages que ceux qui ont été décrits ci-avant pourvu qu'un motif d'électrode de masse soit formé sur le substrat qui reçoit en montage le module 10d.
Dans chacun des modules RF qui ont été décrits ci-avant, 1'1C RF est une puce nue. Cependant, l'invention n'exclut pas l'utilisation de puces nues constituant des IC autres que 1'1C RF.
Chacun des modules RF décrits jusqu'ici comporte seulement une cavité qui est formée dans le substrat multicouche. Cependant, l'invention n'exclut pas l'utilisation de deux cavités ou plus formées dans le substrat multicouche.
II est également possible d'utiliser deux motifs d'électrode de rognage ou plus.
La présente invention propose un module RF qui est petit au point de pouvoir être monté dans par exemple un téléphone mobile.
Bien que l'invention ait été décrite l'intermédiaire de l'illustration de ses formes préférées, il doit être bien compris que les modes de réalisation décrits ne sont pas exclusifs et que diverses variantes et modifications peuvent leur être imprimées sans que l'on s'écarte du cadre de la présente invention qui limitée seulement par les revendications annexées.

Claims (1)

  1. REVENDICATIONS Module RF caractérisé en ce qu'il comprend - substrat multicouche (12) ; un circuit intégré de bande de base (14), un circuit intégré mémoire (16) et un circuit intégré RF (26, 28) qui sont montés sur ledit substrat multicouche ; un composant passif RF (36) qui est incorporé dans ledit substrat multicouche ; et motif de câblage (32) qui est incorporé dans ledit substrat multicouche, ledit motif de câblage interconnectant ledit circuit intégré de bande de base et ledit circuit intégré de mémoire. Module RF selon la revendication 1, caractérisé en ce comprend en outre une antenne (40 ; 41) qui est incorporée dans ledit substrat multicouche. Module RF selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins circuit intégré pris parmi ledit circuit intégré de bande de base (14), ledit circuit intégré de mémoire (16) et ledit circuit intégré RF (26, 28) est une puce nue. Module RF selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins cavité (24) est formée dans une partie dudit substrat multicouche et ladite puce nue est disposée dans ladite cavité. 5. Module RF selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit intégré de bande de base (14) et ledit circuit intégré mémoire (16) sont montés sur un côté dudit substrat multicouche et ledit circuit intégré RF (26, 28) est monté sur l'autre côté dudit substrat multicouche. 6. Module RF selon la revendication 5, caractérisé en ce comprend en outre un motif d'électrode de masse de blindage (38) qui est interposé entre ledit substrat multicouche sur lequel ledit circuit intégré de bande de base et ledit circuit intégré de mémoire sont montés et ledit composant passif RF qui est incorporé dans ledit substrat multicouche. 7. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre moins un motif d'électrode de rognage (44) disposé sur une surface dudit substrat multicouche, pour permettre un réglage de caractéristiques de fréquence du module RF. 8. Module selon la revendication 4, dans lequel ledit circuit intégré RF est une puce nue, ledit module RF étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un motif de masse (38) pour empêcher un rayonnement de signal RF produit a l'intérieur dudit substrat multicouche en un emplacement sur le côté inférieur de ladite puce nue de manière à empêcher un rayonnement non nécessaire de signaux RF depuis ledit circuit intégré RF ; et une pluralité trous de via (48) qui sont agencés à l'intérieur dudit substrat multicouche et autour de ladite puce nue, lesdits trous de via assurant une connexion sur ledit motif d'électrode de masse pour empêcher un rayonnement de signal RF. 9. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre boîtier métallique (22) qui est formé sur ledit substrat multicouche et qui joue le rôle d'une partie d'une antenne.
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