FR2849927A1 - Emetteur-recepteur radar pour des applications en micro-ondes et en ondes millimetriques - Google Patents

Emetteur-recepteur radar pour des applications en micro-ondes et en ondes millimetriques Download PDF

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    • H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA

Abstract

Cet émetteur-récepteur radar comprend au moins un oscillateur, un mélangeur, un substrat SU, un composant CB électronique, qui comprend un composant actif du mélangeur et un composant actif de l'oscillateur qui sont intégrés dans des plans de métallisation du substrat SU.

Description

METTEUR-R CEPTEUR RADAR POUR DES APPLICATIONS
EN MICRO-ONDES ET EN ONDES MILLIM TRIQUES L'invention concerne un émetteur-récepteur radar (module 5 émetteur/récepteur) pour des applications en micro-ondes et en ondes millimétriques et des concepts de plates-formes de modules associés pour l'assemblage de sous-modules en un module global.
Un émetteur-récepteur radar est un appareil en très haute fréquence approprié à la localisation d'objets dans l'espace ou à la 1o détermination de la vitesse qui peut émettre des ondes électromagnétiques et qui peut recevoir et retraiter les ondes électromagnétiques réfléchies par l'objet cible. Un émetteur-récepteur radar comporte en règle générale plusieurs modules en très haute fréquence câblés ensemble qui remplissent diverses fonctionnalités dans le domaine de fréquence de 1 à 100 GHz.
Le domaine de fréquence entre 1 GHz et 30 GHz est dénommé domaine des micro-ondes (domaine MO). Le domaine de fréquence à partir de 30 GHz et vers le haut est dénommé domaine des ondes millimétriques (domaine Omm). Les modules de très haute fréquence se distinguent des modules de haute fréquence notamment par le fait que pour des circuits de 20 très haute fréquence, à partir de 5 GHz, on utilise en règle générale des " guides d'ondes ", par exemple des conducteurs à microrubans et des conducteurs coplanaires.
Les émetteurs-récepteurs ou les composants des émetteursrécepteurs sont utilisés notamment dans les domaines suivants: dans les 25 modules radars automobiles, par exemple le radar automobile à 24 GHz et 77 GHz, dans des systèmes d'entrée sans clé, mais aussi d'une manière générale dans des systèmes de transmission de données, par exemple dans des réseaux de données locaux sans fil WLAN (Wireless Local Area Network), dans des modules optiques comme des multiplexeurs, des 30 modulateurs et des unités d'émetteur/récepteur, dans des modules frontaux pour des communications en bande large, par exemple LMDS (Local Multimédia Distribution System) et dans des installations de coupleurs directionnels pour des stations de base.
Dans le domaine des micro-ondes allant de 1 à 18 GHz, il est 35 habituel jusqu'ici de relier entre elles diverses parties du circuit (modules de très haute fréquence) sur un panneau soft (plaquette à circuit imprimé en un matériau ayant une petite absorption des ondes électromagnétiques dans le domaine de la très haute fréquence) au moyen de la technique de dispositif monté en surface. Les modules suivant la technique du dispositif monté en surface ne sont toutefois le plus souvent pas appropriés pour des utilisations à des fréquences supérieures à 18 GHz.
On connaît, par exemple, un module d'émetteur-récepteur réalisé par cette technique qui comporte des composants suivants disposés sur un panneau d'une dimension de 30 mm x 30 mm: un oscillateur commandé en tension est constitué de modules discrets sous forme de dispositif monté en 10 surface (un transistor et deux diodes) et un mélangeur. Il est raccordé en outre à ce module, de l'extérieur, une antenne, un diviseur de fréquence et une boucle de régulation de la fréquence.
Les modules utilisés dans le domaine des ondes millimétriques sont de nos jours fabriqués le plus souvent à base de substrats à couches 15 minces. Le substrat à couches minces peut porter simultanément un ou plusieurs modules à puce. Les modules à puce sont fixés et ainsi reliés électriquement au substrat support au moyen de connexions par fil ou par la technique de puce à bosse.
L'inconvénient des modules d'émetteur-récepteur connus jusqu'ici 20 réside dans le fait qu'ils ont besoin de beaucoup de place et que, pour cette raison, ils ne satisfont souvent pas aux exigences de certaines applications (par exemple dans des applications de clés commandées à distance par radio pour entrer dans une automobile sans clé par télécommande).
La présente invention vise une nouvelle réalisation intégrée d'un 25 émetteur-récepteur radar en un module compact.
L'invention a donc pour objet un émetteur-récepteur radar, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins un oscillateur qui comprend au moins un élément de circuit actif, au moins un circuit de résonance et au moins un composant approprié à 30 l'accord de fréquence; - au moins un mélangeur qui comprend au moins une diode et au moins un élément de circuit passif; - un substrat ayant au moins deux couches diélectriques superposées directement dans lequel il est prévu sur, en dessous et entre les couches 35 diélectriques des plans de métallisation; - un ou plusieurs composants électroniques disposés sur la surface supérieure du substrat qui comprend - au moins un composant de circuit actif et non-linéaire du mélangeur, et - au moins un composant de circuit actif ou non-linéaire de l'oscillateur, le au moins un élément de circuit passif du mélangeur et/ou le au moins un circuit de résonance de l'oscillateur étant intégré dans l'un des plans de métallisation du substrat.
Le au moins un élément de circuit passif du mélangeur et/ou du au 10 moins un circuit de résonance de l'oscillateur commandé en tension est de préférence au moins en partie intégré dans l'un des plans intérieurs de métallisation du substrat. Les éléments mentionnés peuvent aussi en partie, au lieu d'être dans seulement un plan intérieur de métallisation, être répartis sur plusieurs plans intérieurs de métallisation. Dans une variante 15 avantageuse, l'élément de circuit passif du mélangeur et/ou du circuit de résonance de l'oscillateur est disposé complètement à l'intérieur du substrat.
Au moins un plan intérieur de métallisation est donc structuré de façon à former dans ce plan, indépendamment de surfaces métalliques de protection disposées elles aussi dans ce plan (surfaces de masse) ou de 20 tronçons de conducteur d'un conducteur de liaison, au moins un élément de circuit passif du circuit d'émetteur-récepteur radar.
La liaison entre les plans de métallisation s'effectue de préférence au moyen de connexions transversales. Il est possible aussi de ménager la liaison par un couplage de champ capacitif ou inductif de deux structures 25 métalliques qui se trouvent dans des plans de métallisation différents.
L'oscillateur mentionné est de préférence un oscillateur commandé en tension.
L'oscillateur engendre dans l'émetteur-récepteur radar des oscillations électromagnétiques à la très haute fréquence mentionnée, à 30 savoir un signal de référence, qui est envoyé par la voie d'émission de l'émetteurrécepteur radar à une antenne d'émission intégrée au substrat ou extérieure et, de là, est émis en tant que signal d'émission en direction de l'objet cible. Le signal réfléchi par l'objet cible parvient par l'antenne de réception et la voie de réception de l'émetteur-récepteur radar au mélangeur 35 qui mélange les signaux d'émission et de réception et donne un signal démodulé. Le signal démodulé est acheminé à un ASIC (Application Specific Integrated Circuit, circuit intégré spécifique au client) qui comporte un circuit de régulation de la fréquence, de préférence un circuit de régulation de la phase (PLL = boucle à verrouillage de phase) et qui émet une tension de commande pour la régulation de fréquence de l'oscillateur (commandé en 5 tension). L'oscillateur comporte en règle générale au moins un élément de circuit non-linéaire (ou actif) pour accorder la fréquence, par exemple une diode varactor. Le circuit de régulation de la fréquence constitue, par exemple, un PLL numérique ou analogique ou une boucle de régulation de la fréquence analogique.
L'ASIC est raccordé avantageusement de l'extérieur. Il est possible que l'ASIC soit déposé sous la forme d'un composant sur la surface supérieure du substrat.
Ces composants électroniques ou d'autres composants électroniques présents ont au moins deux électrodes extérieures placées sur 15 la surface inférieure et reliées électriquement aux contacts sur la surface supérieure du substrat.
Un composant électronique est principalement un module électronique non-linéaire ou un module électronique actif, notamment un module à puce.
Par composant non-linéaire ou actif, on entend un élément de circuit discret non-linéaire ou actif comme une diode ou un transistor ou au moins un module à puce comprenant un composant non-linéaire ou actif avec ou sans boîtier. Le composant non-linéaire ou actif peut comprendre, en outre, un ou plusieurs éléments de circuit passif (choisis parmi une 25 inductance, une capacité, une résistance, un conducteur ou un tronçon de conducteur).
Le composant actif constitué en module à puce peut être une puce à micro-ondes, une puce à ondes millimétriques ou un module de circuit intégré. Le composant de circuit intégré peut à son tour être un 30 composant MMIC (MMIC = Monolithic Microwave Integrated Circuit, circuit intégré micro-onde monolithique).
Les composants actifs peuvent, par exemple être, constitués suivant la technologie des semi-conducteurs en Si, en SiGe, en GaAs ou en InP.
Outre un composant ou plusieurs composants non-linéaires ou actifs, le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention peut comporter un ou plusieurs composants passifs.
Un composant passif est un module discret choisi parmi un 5 condensateur, une bobine, une résistance ou un module à puce qui comprend au moins une partie des circuits suivants: un circuit RLC, un filtre, un interrupteur, un coupleur directif, un réseau de polarisation, une antenne, un convertisseur d'impédance ou un réseau d'adaptation.
Le composant électronique a au moins deux contacts extérieurs 10 destinés à assurer la liaison électrique avec les structures métalliques dissimulées dans le substrat.
Le au moins un composant électronique est relié mécaniquement ou électriquement au substrat et aux éléments de circuit intégré dans le domaine de très haute fréquence pertinent pour l'invention, de préférence au i 5 moyen de la technique à puce à bosse, de sorte que sa face structurée est tournée vers la surface supérieure du substrat.
Outre le au moins un composant électronique (non-linéaire, passif ou actif), il peut être placé un ou plusieurs modules électroniques discrets (par exemple une bobine, un condensateur ou une résistance), ainsi qu'un ou 20 plusieurs substrats supports ayant des structures HF passives comme des filtres ou des mélangeurs, notamment dans des substrats supports structurés suivant la technique à couches minces sur la surface supérieure du substrat.
Par substrat, on entend dans le présent mémoire tous les types de supports plans de circuit. En font partie des substrats en céramique 25 (céramique à couches minces, céramique à couches épaisses, LTCC = low température cofired ceramics (céramiques ayant subi un court passage au four à basse température), HTCC = high température cofired ceramics (céramiques ayant subi un court passage au four à haute température), LTCC et HTCC sont des circuits à plusieurs couches en céramique, des substrats en 30 polymère (des plaquettes à circuit imprimé habituelles, comme FR4 dénommé substrat souple dont la base en polymère est, par exemple, en PTFE = téflon ou en polyoléfines et est typiquement renforcé par de la fibre de verre ou garni de poudre en céramique), du silicium, ainsi que des substrats céramiques dans lesquels des pistes conductrices métalliques et une plaque de base 35 métallique sont isolées les unes des autres par des polymères ou par des matériaux céramiques. Par substrat, on entend dans le présent mémoire aussi ce que l'on appelle des dispositifs moulés d'interconnexion (MID) qui sont en polymères thermoplastiques et sur lesquels sont structurées des pistes conductrices. Un substrat au sens de l'invention est de préférence constitué de façon monolithique, toutes les couches diélectriques et les couches 5 métalliques étant, pour un substrat en céramique, préparés dans un procédé, et frittées ensemble.
Le substrat comporte des éléments de circuit intégré, surtout des éléments de circuit passif du mélangeur (notamment un anhybride) dans l'oscillateur (notamment un circuit de résonance) et des structures d'un ou de 10 plusieurs filtres passe-bas. Par élément de circuit de intégré, on entend notamment une inductance ou une capacité ou un conducteur, par exemple un émetteur de ligne de transmission, un conducteur de liaison ou un tronçon de conducteur. Ceux-ci peuvent être disposés d'une manière en soi connue sous la forme de pistes conductrices entre, dans et sur les couches i15 diélectriques d'un substrat ayant une structure stratifiée et former ainsi des éléments de circuit intégré. Des liaisons verticales entre les pistes conductrices de diverses couches (connexions transversales) figurent aussi parmi les éléments de circuit intégré puisque d'une part elles servent au passage vertical du signal et représentent d'autre part, notamment dans le 20 domaine des très hautes fréquences, tant une inductance (parasite) qu'une capacité (parasite). Plusieurs éléments de circuit intégré forment ensemble des circuits intégrés, notamment des circuits passifs comme celui d'un filtre ou (au moins en partie) d'un mélangeur. Des éléments de circuit intégré peuvent réalisés en outre au moins une partie d'au moins un circuit actif qui est relié 25 électriquement aux composants actifs à la surface du substrat.
Pour des très hautes fréquences, notamment dans le domaine des Omm, des capacités et des inductances sont souvent présentes sous la forme d'éléments répartis réalisés par des tronçons de conducteur. Les capacités peuvent être réalisées, par exemple, sous la forme d'adaptateurs 30 d'impédance.
La surface inférieure du substrat a des contacts extérieurs pour la liaison électrique, par exemple, avec la plaquette à circuit imprimé d'un terminal.
Des plans de métallisation sont disposés surtout entre les couches 35 diélectriques du substrat. La surface supérieure du substrat et la surface inférieure du substrat sont considérées dans ce cas également comme des plans de métallisation.
La surface supérieure du substrat porte des structures conductrices (métallisation) qui sont appropriées à l'obtention d'une liaison électrique entre 5 les plans de métallisation du substrat et le au moins un composant électronique sur la surface supérieure du substrat.
L'épaisseur totale des couches diélectriques du substrat est typiquement comprise entre 0,3 et 1,5 mm.
Le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention se 10 caractérise par rapport au module d'émetteur-récepteur radar connu par une intégration en trois dimensions des éléments de circuit (notamment de ceux du mélangeur et de l'oscillateur) dans le substrat et prend ainsi particulièrement peu de place (petite surface de base).
De préférence, l'émetteur-récepteur radar est tel que: - il comprend au moins un recouvrement pelliculaire qui recouvre entièrement un ou plusieurs composants électroniques et qui sert à protéger un ou plusieurs composants électroniques de la poussière, de l'humidité et des influences mécaniques; - le recouvrement pelliculaire est recouvert d'une couche 20 métallique; - il est encapsulé dans une masse de scellement; - il comporte au moins un élément de circuit intégré au substrat choisi parmi une inductance, une capacité, un conducteur ou un tronçon de conducteur; - le composant électronique ou les plusieurs composants électroniques sur la surface supérieure du substrat sont choisis parmi une puce à micro-ondes ou une puce à ondes millimétriques ou un module à circuit imprimé; - le au moins un module à circuit imprimé est un module MMIC 30 (Monolithic Microwave Integrated Circuit - Circuit intégré micro-onde monolithique); le composant électronique ou les plusieurs composants électroniques sont reliés mécaniquement et électriquement au substrat suivant la technique de puce à bosse ou suivant la technique de dispositif 35 monté en surface; il comprend le composant électronique ou d'autres composants électroniques qui sont choisis parmi les composants suivants: un élément circuit passif discret, y compris une bobine, un condensateur et une résistance ou un bloc de circuit compact qui comporte au moins un composant 5 électronique choisi parmi une bobine, un condensateur ou une résistance, y compris toutes combinaisons des composants mentionnés; - le substrat comporte au moins deux couches en céramique LTCC ou HTCC - Low Temperature Cofired Ceramic, High Temperature Cofired Ceramic (céramique ayant subi un court passage au four à basse 10 température, céramique ayant subi un court passage au four à haute température); - il comprend au moins une diode de mélangeur ou au moins un module à puce qui réalise une fonction de mélangeur et un module de circuit imprimé qui comprend au moins une partie de l'oscillateur et du diviseur de i5 fréquence; - au moins une partie de l'oscillateur du diviseur de fréquence et du mélangeur est réalisée en un, deux ou trois modules à circuit imprimé; - une modulation de fréquence s'effectue par un cadencement de fréquence de l'oscillateur, d'un amplificateur ou d'un interrupteur à très haute 20 fréquence; - une modulation d'amplitude s'effectue par un cadencement en amplitude de l'oscillateur, d'un amplificateur ou d'un interrupteur de très haute fréquence; - le au moins un module à circuit imprimé comprend au moins un 25 amplificateur dans la voie d'émission ou de réception; - il est réalisé sous la forme d'un module LTCC ou de sousmodules reliés électriquement entre eux, les sous-modules mentionnés étant équipés automatiquement suivant la technique de dispositif monté en surface; - le substrat est constitué sous la forme d'un corps monolithique en céramique; - le au moins un élément de circuit passif du mélangeur et/ou le au moins un circuit de résonance de l'oscillateur est intégré au moins en partie dans l'un des plans de métallisation intérieurs du substrat.
L'invention sera explicitée d'une manière plus précise dans ce qui suit au moyen d'exemples de réalisation et de figures schématiques associées qui ne sont pas à l'échelle.
Les Figures la et lb représentent, respectivement, un schéma fonctionnel d'un circuit d'émetteur-récepteur radar à titre d'exemple.
La Figure 2 représente en coupe transversale schématique un module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention.
La Figure 3 représente en perspective l'intégration en trois dimensions des éléments de circuit en très haute fréquence dans les plans de 10 métallisation du substrat.
La Figure 4 représente un mode de réalisation avantageux du module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention suivant une vue en coupe transversale schématique.
Il est représenté à la Figure la un schéma fonctionnel d'un circuit 15 émetteur-récepteur radar.
Le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention de la Figure la comporte un oscillateurVCO commandé en tension dont la fréquence peut être accordée avec une tension Vtune de commande, un mélangeur MIX et un circuit ASIC intégré spécifique au client ayant un circuit 20 de régulation de la fréquence, par exemple une boucle à verrouillage de phase PLL (dans un autre mode de réalisation, le circuit de régulation de la fréquence ou de régulation de la phase est intégré, par exemple, dans un diviseur de fréquence).
Le module émetteur-récepteur radar suivant l'invention de la 25 Figure la comporte en outre un diviseur FD de fréquence, qui divise la fréquence du signal de sortie de l'oscillateur VCO commandé en tension et qui émet un signal ZFout de commande du circuit de régulation de phase de l'ASIC.
L'oscillateur, notamment l'oscillateur commandé en tension du 30 diviseur de fréquence et du circuit de régulation de phase intégré dans le diviseur de fréquence ou monté extérieurement dans l'ASIC forment ensemble un circuit de régulation de fréquence.
Le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention peut à volonté, comme dans le mode de réalisation avantageux représenté à la 35 Figure la, comporter, respectivement, dans la voie d'émission et/ou de réception des amplificateurs TX-AMP ou RX-AMP. Ceux-ci peuvent être mis à disposition sous la forme de composants séparés suivant la fonction ou être rassemblés dans un ou dans plusieurs composants avec d'autres éléments de circuit, par exemple avec les éléments de circuit du mélangeur, de l'oscillateur (commandé en tension) ou du diviseur de fréquence.
Le signal HFout d'émission est propagé au moyen de l'antenne TXANT d'émission. Le signal réfléchi est reçu par l'antenne RX-ANT de réception. Tant l'antenne d'émission que l'antenne de réception peuvent être constituées dans l'un des plans de métallisation du substrat (y compris la surface inférieure du substrat). Une autre possibilité consiste à raccorder 10 l'antenne d'émission et/ou de réception de l'extérieur par des bornes de très haute fréquence.
Le mélangeur MIX mélange le signal de réception au signal de l'oscillateur VCO et émet un signal MîXout démodulé qui porte l'information souhaitée (par exemple sur la distance ou sur la vitesse de l'objet cible) et qui 15 peut être traité extérieurement ensuite, par exemple, pour donner une représentation visuelle.
Les circuits d'émetteur-récepteur radar mentionnés (notamment les éléments de circuit actif) sont alimentés par une tension Vcc d'alimentation et/ou un courant Icc.
L'émetteur-récepteur peut être utilisé en même temps aussi pour la transmission de données à distance proche, par exemple en étant utilisé comme clé radioélectrique.
Pour de simples transmissions de données à distance proche, on utilise, par exemple, une modulation d'amplitude (en anglais, amplitude shift 25 keying, ou ASK) ou une modulation de fréquence (en anglais, frequency shift keying, ou FSK). La modulation en amplitude est réalisée par connexion et déconnexion de la source de signal (de l'oscillateur ou de l'amplificateur d'émission s'il y en a un) à la cadence des binaires de données. La modulation d'amplitude peut être réalisée par cadencement d'une boucle de 30 régulation de fréquence.
Dans un autre mode de réalisation reproduit à la Figure lb de l'émetteurrécepteur radar, l'antenne TRX-ANT sert en même temps à émettre le signal d'émission et à recevoir le signal.
Dans le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention, 35 toutes les fonctionnalités pertinentes d'un émetteur-récepteur radar (régulation de la fréquence de l'oscillateur, amplification du signal, émission du signal, réception du signal, démodulation) sont intégrées dans un module compact, l'intégration des éléments de circuit passif s'effectuant en trois dimensions dans les plans de métallisation du substrat, voir la Figure 2.
la Figure 2, les caractéristiques générales de la structure en trois 5 dimensions d'un émetteur-récepteur radar suivant l'invention sont explicitées au moyen d'une vue en coupe transversale schématique.
la Figure 2 est représentée la vue en coupe transversale schématique d'un émetteur-récepteur BE radar suivant l'invention ayant un composant CB électronique et un substrat SU à plusieurs couches. Le 10 composant CB électronique ayant des électrodes AE extérieures est dans ce cas un module à puce qui comprend au moins un élément de circuit nonlinéaire ou actif d'un mélangeur et/ou d'un oscillateur (commandé en tension), notamment une diode ou un transistor. Le composant CB électronique peut en outre comporter un ou plusieurs éléments de circuit passif (choisis parmi une 15 capacité, une inductance ou une résistance). Le composant CB électronique est relié électriquement au moyen de bosses BU à divers plans de métallisation qui comprennent notamment des structures LS conductrices sur la surface supérieure du substrat et d'autres structures LS1 conductrices dissimulées dans le substrat SU à plusieurs couches. Les structures LS et 20 LS1 conductrices forment des éléments IE de circuit intégré. La liaison électrique peut être réalisée, par exemple, au moyen de la technique à puce à bosse ou de la technique de dispositif monté en surface. Le substrat SU a des structures conductrices d'obtention dudit contact électrique sur la surface supérieure, ainsi que des contacts AK extérieurs sur la surface inférieure pour 25 ménager une liaison électrique avec la plaquette à circuit imprimé d'un terminal. Les contacts AK extérieurs peuvent être réalisés sous la forme de réseaux Land-Grid (LGA) ou, en outre, par des billes de brasure (pBGA ou réseau Ball-Grid). Les pBGA ont par rapport aux LGA l'avantage d'une plus grande résistance thermomécanique qui est très importante pour la 30 qualification du produit pour des applications en automobile.
Sont possibles en outre des contacts (conducteurs) extérieurs en forme d'aiguille et des transitions non galvaniques entre le module et la plaquette à circuit imprimé se raccordant extérieurement comme, par exemple, des transitions à guides d'ondes ou des couplages à fente 35 (notamment un couplage de champ des signaux à très haute fréquence du module d'émetteur-récepteur à l'antenne disposée à l'extérieur ou au support du système par des structures à fente prévues sur la surface inférieure du module). Le passage vertical du signal dans le substrat SU s'effectue au moyen de connexions DKI et DK2 transversales.
Il est possible que les électrodes extérieures du composant électronique soient en forme d'aiguille (conducteurs).
Les composants comprennent surtout des éléments de circuit nonlinéaires et actifs du mélangeur et de l'oscillateur (commandé en tension) qui peuvent, par exemple, ne pas être intégrés au substrat. Il est possible que les éléments de circuit du mélangeur et de l'oscillateur (au moins en partie) soient 10 réalisés en un composant commun ou en des composants différents.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, il est possible qu'un composant unique comporte les éléments de circuit du mélangeur, de l'oscillateur et d'un diviseur de fréquence (au moins en partie).
Il est aussi possible que les éléments de circuit du mélangeur, de l'oscillateur 15 et du diviseur de fréquence soient contenus dans trois composants différents (au moins en partie). Il est en outre possible que les éléments de circuit du mélangeur et de l'oscillateur commandé en tension (au moins en partie) soient réalisés dans un composant commun et que les éléments de circuit du diviseur de fréquence (au moins en partie) soient réalisés dans des 20 composants distincts. D'autres possibilités sont obtenues par les combinaisons suivantes: a) les éléments de circuit du mélangeur et du diviseur de fréquence (au moins en partie) sont réalisés dans un composant commun et les éléments de circuit de l'oscillateur (au moins en partie) dans un composant distinct; b) les éléments de circuit de l'oscillateur et du diviseur 25 de fréquence (au moins en partie) sont réalisés dans un composant commun et les éléments de circuit du mélangeur (au moins en partie) dans un composant distinct.
Dans un mode de réalisation avantageux, le module d'émetteurrécepteur radar suivant l'invention comporte les composants suivants sur la 30 surface supérieure du substrat: un circuit intégré qui (au moins en partie) comprend l'oscillateur (commandé en tension) et le diviseur de fréquence, ainsi qu'une ou plusieurs (par exemple deux ou quatre) puces à diode discrètes qui réalisent la fonction de mélangeur, voir aussi la Figure 4. L'oscillateur peut en outre être constitué en un point d'un circuit 35
intégré également de transistors discrets, par exemple d'une ou de plusieurs puces à transistor. Le mélangeur peut (au moins en partie) se présenter sous la forme d'un circuit intégré. Les circuits du mélangeur, de l'oscillateur et du diviseur de fréquence peuvent d'une manière générale se présenter sous la forme de solutions monopuces, à deux puces ou à trois puces. Le circuit de résonance du (au moins un) oscillateur peut être réalisé en tout ou partie sur puce (c'est-à-dire dans un composant électronique).
Dans l'exemple de réalisation avantageux de l'invention représenté à la Figure 2, le au moins un composant CB électronique est recouvert d'une pellicule SF de protection vis-à-vis de l'humidité et des influences mécaniques extérieures (recouvrement pelliculaire).
Le recouvrement pelliculaire constitue une pellicule dont la forme est adaptée à celle du composant à protéger (ou à recouvrir). Le recouvrement pelliculaire se trouve sur la face arrière du composant actif et se termine de tout côté avec la surface du substrat de sorte que le composant actif est entièrement recouvert et ainsi protégé des influences mécaniques i15 extérieures, de la poussière et de l'humidité.
Le recouvrement du composant par la pellicule est caractérisé aussi comme étant un laminage. Lors du laminage, la pellicule est déformée de manière permanente. Le recouvrement pelliculaire est constitué avantageusement d'un polymère qui a une absorption d'eau particulièrement 20 petite, par exemple d'un polyimide, de polymères fluorés comme du polytétrafluoréthylène (PTFE) ou de polyoléfines comme du polypropylène (réticulé) ou du polyéthylène. Le recouvrement pelliculaire peut être aussi en un métal et être garni de fibres ou de particules. Le recouvrement pelliculaire peut en outre être revêtu d'un métal ou d'une céramique.
Il est possible que le recouvrement pelliculaire recouvre entièrement et conjointement tous les composants sur la surface supérieure du module.
Pour la protection vis-à-vis de l'extérieur, le recouvrement pelliculaire peut être revêtu en outre d'une couche métallique. Cette couche 30 peut être obtenue, par exemple, par pulvérisation cathodique, par galvanoplastie, par dépôt chimique de métal, par dépôt en phase vapeur ou par une combinaison des procédés mentionnés. Pour la stabilité mécanique, les composants se trouvant sur la surface supérieure du substrat sont recouverts dans cet exemple de réalisation d'une masse GT de scellement. 35 On peut à volonté se dispenser de la masse de scellement. Par masse scellement, on entend dans le présent mémoire toutes les substances qui sont déposées sur la pellicule à l'état liquide et qui sont rendues solides par durcissement (réaction chimique) ou par solidification (refroidissement). Parmi celles-ci figurent tant des polymères chargés et non chargés, comme des masses de recouvrement, des masses Glob-Top, des matières 5 thermoplastiques ou des colles en matière plastique, que des métaux ou des céramiques, comme de la colle céramique. Glob-Top est un agent de scellement qui ne s'écoule que peu en raison de sa grande viscosité et qui entoure donc à la manière d'une goutte les composants à protéger.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, la pellicule io revêtue de métal peut être revêtue après le laminage d'un agent de coulée.
Dans un autre mode de réalisation, il est possible de déposer la couche métallique non pas sur le recouvrement pelliculaire, mais sur la masse de scellement.
Dans un mode de réalisation avantageux du module suivant 15 l'invention ayant un substrat en céramique, la pellicule est éliminée en partie, par exemple, par laser sur les bords se trouvant sur le substrat et n'est revêtue qu'ensuite de métal afin que les composants à recouvrir soient entourés entièrement de métal ou de céramique et ainsi scellés hermétiquement.
Il est possible que le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention comporte (en plus) un couvercle de protection mécanique des composants électroniques placé sur la surface supérieure du substrat.
Des bosses BU servent à ménager une liaison électrique entre les éléments IE de circuit intégré dissimulés dans le substrat SU et le au moins 25 un composant CB électronique et, le cas échéant, les autres composants placés sur la face supérieure du substrat. Les bosses sont constituées habituellement en brasure, par exemple en SnPb, SnAu, SnCu, SnPbAg, SnAgCu en des concentrations différentes ou en or. Si la bosse est en brasure, le module est relié par brasage au substrat; si elle est en or, les 30 composants CB et le substrat SU peuvent être reliés par connexion par thermocompression, par liaison par ultrasons ou par liaison thermosonique (procédé de frittage ou de soudage par ultrasons). La hauteur des bosses de puce doit être maintenue aussi petite que possible pour les applications en très haute fréquence de façon à ce que seule une petite quantité du 35 rayonnement électromagnétique puisse sortir du composant à très haute fréquence et être absorbée par la pellicule laminée. La liaison par thermocompression offre notamment une possibilité d'obtenir une petite hauteur des bosses de puce.
Les composants électroniques peuvent dans un autre mode de réalisation de l'invention être des composants à monter en surface.
On a la possibilité de monter, outre des composants actifs, également des composants passifs, notamment des bobines, des condensateurs, des résistances ou des puces discrets ayant des circuits passifs (par exemple filtres, mélangeurs, circuits d'adaptation) sur la surface supérieure du substrat. On a la possibilité de compenser par des structures de io compensation discrètes supplémentaires passives le désaccord en fréquence du module provoqué par le boîtier.
Les composants électroniques ainsi que les composants du circuit intégré peuvent au moins en partie former les circuits suivants: un interrupteur haute fréquence, un circuit d'adaptation, un filtre passe-haut, un 15 filtre passe-bas, un filtre en bande passante, un filtre d'arrêt de bande, un amplificateur de puissance, un coupleur, un coupleur directionnel, un circuit de polarisation ou un mélangeur.
Dans le cas o le au moins un composant électronique n'a pas de structure de passage du signal à protéger sur la surface (tous les éléments de 20 circuit et les circuits sont, par exemple, dissimulés dans un substrat à plusieurs couches), il est possible de revêtir ce composant d'abord de la masse de scellement et de ne déposer un recouvrement pelliculaire qu'après le durcissement de la masse de scellement.
Les conducteurs de signal dans le module suivant l'invention 25 peuvent être dissimulés complètement dans le substrat ou au moins une partie des conducteurs du signal peut être placée sur la surface supérieure du substrat.
Il est possible de mettre soit au moins une partie des conducteurs du signal ainsi que des conducteurs de liaison en courant continu sur la 30 surface supérieure ou inférieure du substrat ou de dissimuler tous les conducteurs du signal dans le substrat.
Les conducteurs de liaison à très haute fréquence dans le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention sont réalisés sous la forme de conducteurs en microruban ou " suspended microstrip " (conducteurs à 35 microruban recouverts de diélectriques), de conducteurs bifilaires ou de conducteurs coplanaires (conducteurs trifilaires) ou de conducteurs triplates (conducteurs coplanaires revêtus de diélectriques).
Les connexions transversales verticales pour le signal en très haute fréquence peuvent être réalisées sous la forme de deux ou trois 5 connexions transversales parallèles (pour des conducteurs bifilaires ou trifilaires) ou sous la forme d'une sorte de conducteur coaxial. Dans le dernier cas, la connexion transversale de passage du signal est entourée à la manière d'une liaison coaxiale de plusieurs connexions transversales disposées tout autour et raccordées à la masse.
La Figure 3 représente une intégration à titre d'exemple des éléments de circuit de très haute fréquence (dans ce cas: un mélangeur) dans les plans de métallisation du substrat suivant une vue en perspective. En l'occurrence, deux conducteurs VL de liaison en très haute fréquence et deux filtres TPFI passe-bas ou l'anneau HR hybride se trouvent dans le plan 15 supérieur ou dans le plan inférieur de métallisation. Chaque filtre passe-bas est constitué d'adaptateurs RS radiaux d'impédance et de conducteurs DL minces. Les conducteurs minces agissent inductivement et les adaptateurs d'impédance radiaux agissent capacitivement. Le rayon des adaptateurs radiaux d'impédance, ainsi que la longueur des conducteurs minces entre 20 deux adaptateurs radiaux d'impédance représentent (à peu près) un quart de longueur d'onde, de sorte qu'au raccordement de l'adaptateur radial d'impédance, il se produit un court-circuit pour des signaux de très haute fréquence captés à l'extrémité large de l'adaptateur radial d'impédance.
L'anneau hybride est raccordé par des connexions DK2 transversales, par 25 exemple, aux diodes de mélangeur disposées sur la surface supérieure du substrat ou au circuit intégré formant mélangeur.
La Figure 4 représente un mode de réalisation avantageux de l'émetteurrécepteur radar suivant l'invention ayant un oscillateur OSZ-IC (commandé en tension) et deux diodes MIXI et MIX2 de mélangeur 30 représentées en vue en coupe transversale schématique. Les signes de référence de cette Figure correspondent à ceux des Figures expliquées précédemment. Les éléments de circuit caché (par exemple l'anneau HR hybride, le circuit RES de résonance de l'oscillateur et les structures TPFI passe-bas) sont entourés de surfaces GND1, GND2 et GND3 de masse. La 35 structure ANT est soit une structure d'antenne, soit, en variante à cela, une connexion à très haute fréquence sur une antenne extérieure.
Le substrat comporte des couches diélectriques différentes pour ce qui concerne la constante diélectrique ou l'épaisseur de la couche. Dans cet exemple de réalisation, les couches diélectriques, qui comprennent l'anneau hybride et le circuit de résonance de l'oscillateur, sont des couches plus 5 épaisses que les structures de passe-bas. Plus petite est la distance comprise entre un plan de métallisation ayant les structures de passage du signal et un plan de métallisation ayant les surfaces de masse et plus grande est la constante diélectrique des couches diélectriques correspondantes, d'autant plus capacitives (de petites valeurs ohmiques au sens de la très grande 10 fréquence) sont les structures conductrices placées dans le premier des plans de métallisation mentionnés.
Dans cet exemple de réalisation, l'intérieur du substrat est subdivisé en deux sections fonctionnelles, une section d'oscillateur disposée à gauche à la Figure et une section de mélangeur disposée à droite à la Figure, 15 auxquelles correspondent, respectivement, sur la surface inférieure des contacts extérieurs prévus pour l'entrée et la sortie des signaux Zfout, Vtune, Vcc et MîXout de basse fréquence.
La section de mélangeur comporte un anneau hybride (Ratrace ou anneau hybride à 900) HR, des structures TPFI passe-bas, deux diodes de 20 Schottky MIX1 et MIX2 et les liaisons verticales réalisées de manière adéquate par les connexions transversales. La section d'oscillateur comporte un circuit intégré qui comprend en partie un oscillateur (de préférence commandé en tension) et un diviseur de fréquence (un OSZ-IC), un circuit RES de résonance dissimulé dans le substrat, des structures passe25 bas, ainsi que des conducteurs de liaison et des connexions transversales.
Le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention représente un composant facile à traiter par des procédés d'implantation habituels standards de montage en surface. Le module d'émetteur-récepteur radar suivant l'invention peut notamment être muni d'une plaquette à circuit 30 imprimé de système, par exemple d'une plaquette à circuit imprimé FR4 ou d'un panneau souple fabriqué le plus souvent en stratifié.
Pour des topologies de systèmes particulièrement complexes qui ne peuvent pas être réalisés dans un module pleinement intégré, il est prévu suivant l'invention de réaliser les sous-fonctions correspondantes de 35 l'émetteur-récepteur radar dans des sous-modules qui sont reliés entre eux sur un support de système. On peut constituer l'émetteur-récepteur radar par exemple de deux modules distincts, un sous-module d'émetteur qui comporte la section d'oscillateur et un sous-module de récepteur qui comporte la section de mélangeur. Dans certains cas, lorsqu'une antenne, comme par exemple une antenne très directionnelle, a besoin de quatre surfaces de 5 substrat, il est judicieux de réaliser une antenne de ce genre en dehors du substrat ou du module décrit dans le présent mémoire. Comme support de ce système pour ménager la liaison entre des sousmodules et, par exemple, pour réaliser l'antenne planaire conviennent notamment des céramiques et des stratifiés à base de téflon ou de fibre de verre.
Par souci de clarté, l'invention n'a été représentée qu'au moyen de quelques exemples de réalisation, mais n'y est pas limitée. D'autres variantes ressortent d'agencements relatifs différents des modes de réalisation représentés des éléments de circuit, des composants, du recouvrement pelliculaire, de la masse de scellement et de la couche métallique.
D'autres variantes proviennent d'agencements relatifs différents des modes de réalisation représentés de l'oscillateur, du mélangeur, du diviseur haute fréquence, du filtre passe-bas, de l'amplificateur ou des antennes dans la voie d'émission et/ou de réception.
D'autres variantes proviennent du nombre des circuits utilisés 20 (mentionnés ci-dessus) et de la technique de liaison entre les composants et le substrat ainsi qu'entre le substrat et une plaquette à circuit imprimé extérieure.

Claims (26)

REVENDICATIONS
1. metteur-récepteur radar, caractérisé en ce qu'il comprend: - au moins un oscillateur qui comprend au moins un élément de circuit actif, au moins un circuit de résonance et au moins un composant approprié à l'accord de fréquence; - au moins un mélangeur qui comprend au moins une diode et au moins un élément de circuit passif; - un substrat (SU) ayant au moins deux couches diélectriques superposées directement dans lequel il est prévu sur, en dessous et entre les couches 10 diélectriques des plans de métallisation; - un ou plusieurs composants (CB) électroniques disposés sur la surface supérieure du substrat (SU) qui comprend - au moins un composant de circuit actif et non-linéaire du mélangeur, et 1 5 - au moins un composant de circuit actif ou non-linéaire de l'oscillateur le au moins un élément de circuit passif du mélangeur et/ou le au moins un circuit de résonance de l'oscillateur étant intégré dans l'un des plans de métallisation du substrat (SU).
2. metteur-récepteur radar suivant la revendication 1, caractérisé 20 en ce que l'oscillateur est un oscillateur (VCO) commandé en tension.
3. metteur-récepteur radar suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oscillateur comprend un élément de circuit non-linéaire placé sur la surface supérieure du substrat et destiné à accorder la fréquence.
4. metteur-récepteur radar suivant la revendication 3, caractérisé 25 en ce que l'élément de circuit non-linéaire destiné à l'accord de la fréquence est une diode varactor.
5. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélangeur comporte un anneau hybride intégré au substrat (SU).
6. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend un diviseur (FD) de fréquence pour diviser la fréquence du signal de sortie de l'oscillateur.
7. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit régulateur de 35 phase qui est intégré au circuit du diviseur de fréquence.
8. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte sur la surface inférieure du substrat une borne de raccordement d'une antenne extérieure.
9. metteur-récepteur radar suivant l'une au moins des 5 revendications 1 à 8, caractérisé en ce que au moins une partie d'au moins une antenne (TXANT, RX-ANT) est placée sur la surface supérieure du substrat ou sur la surface inférieure du substrat.
10. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un io recouvrement (SF) pelliculaire qui recouvre entièrement un ou plusieurs composants électroniques et qui sert à protéger un ou plusieurs composants électroniques de la poussière, de l'humidité et des influences mécaniques.
11. metteur-récepteur radar suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le recouvrement pelliculaire est recouvert d'une couche 15 métallique.
12. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il est encapsulé dans une masse de scellement.
13. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des 20 revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément (IE) de circuit intégré au substrat choisi parmi une inductance, une capacité, un conducteur ou un tronçon de conducteur.
14. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le composant (CB) électronique 25 ou les plusieurs composants (CB) électroniques sur la surface supérieure du substrat (SU) sont choisis parmi une puce à micro-ondes ou une puce à ondes millimétriques ou un module à circuit imprimé.
15. metteur-récepteur radar suivant la revendication 14, caractérisé en ce que le au moins un module à circuit imprimé est un 30 module MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit - Circuit intégré microonde monolithique).
16. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 15), dans lequel le composant électronique ou les plusieurs composants électroniques sont reliés mécaniquement et électriquement au 35 substrat (SU) suivant la technique de puce à bosse ou suivant la technique de dispositif monté en surface.
17. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend le composant électronique ou d'autres composants électroniques qui sont choisis parmi les composants suivants: un élément circuit passif discret, y compris une bobine, s un condensateur et une résistance ou un bloc de circuit compact qui comporte au moins un composant électronique choisi parmi une bobine, un condensateur ou une résistance, y compris toutes combinaisons des composants mentionnés.
18. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des 10 revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le substrat (SU) comporte au moins deux couches en céramique LTCC ou HTCC - Low Temperature Cofired Ceramic, High Temperature Cofired Ceramic (céramique ayant subi un court passage au four à basse température, céramique ayant subi un court passage au four à haute température).
19. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 14 à 18, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une diode de mélangeur ou au moins un module à puce qui réalise une fonction de mélangeur et un module de circuit imprimé qui comprend au moins une partie de l'oscillateur et du diviseur (FD) de fréquence.
20. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 14 à 19, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'oscillateur du diviseur (FD) de fréquence et du mélangeur est réalisée en un, deux ou trois modules à circuit imprimé.
21. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des 25 revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'une modulation de fréquence s'effectue par un cadencement de fréquence de l'oscillateur, d'un amplificateur ou d'un interrupteur à très haute fréquence.
22. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce qu'une modulation d'amplitude 30 s'effectue par un cadencement en amplitude de l'oscillateur, d'un amplificateur ou d'un interrupteur de très haute fréquence.
23. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 13 à 22, caractérisé en ce que le au moins un module à circuit imprimé comprend au moins un amplificateur dans la voie d'émission ou de 35 réception.
24. metteur-récepteur radar suivant au moins l'une des revendications 1 à 23, caractérisé en ce qu'il est réalisé sous la forme d'un module LTCC ou de sous-modules reliés électriquement entre eux, les sousmodules mentionnés étant équipés automatiquement suivant la technique de dispositif monté en surface.
25. Emetteur-récepteur radar suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat (SU) est constitué sous la forme d'un corps monolithique en céramique.
26. metteur-récepteur radar suivant la revendication 1, caractérisé io en ce que le au moins un élément de circuit passif du mélangeur et/ou le au moins un circuit de résonance de l'oscillateur est intégré au moins en partie dans l'un des plans de métallisation intérieurs du substrat (SU).
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