Module de radiocommunication réalisé sur un substrat de superficie supérieure à celle de son boîtier d'encapsulation, plateforme et dispositif de radiocommunication correspondants.
1. Domaine de l'invention
Le domaine de l'invention est celui des radiocommunications, et plus précisément des terminaux de radiocommunication numériques, qu'il s'agisse de radiotéléphone ou de dispositifs ou moyens de tous types capables d'échanger des signaux à l'aide d'un système de radiocommunication, implantés par exemple dans des machines ou des véhicules.
Plus précisément, l'invention concerne la fabrication de ces terminaux, et en particulier leur miniaturisation et l'optimisation de leur montage.
2. L'art antérieur
2.1 dispositifs à base de composants La plupart des dispositifs de radiocommunication comprennent, de façon classique, un ensemble de composants électroniques implantés sur un circuit imprimé. Ces différents composants ont pour but d'assurer les différentes fonctions nécessaires, depuis la réception d'un signal RF jusqu'à la génération d'un signal audible (dans le cas d'un radio-téléphone), et inversement. Certaines de ces fonctions sont analogiques, et d'autres numériques.
La fabrication de ces dispositifs de radiocommunication est un sujet de
I recherche important. En effet, on vise au moins trois objectifs difficiles à concilier : miniaturiser les dispositifs, augmenter les fonctionnalités et simplifier le montage. On sait notamment que l'implantation des différents composants sur le circuit imprimé est une opération relativement complexe, de nombreux composants devant être mis en place sur une surface de plus en plus restreinte, du fait des exigences de miniaturisation.
La conception de ces systèmes est donc complexe, puisqu'elle nécessite en outre d'associer des composants divers, souvent de sources multiples, qu'il faut
faire fonctionner ensemble, en respectant les spécificités de chacun. Par ailleurs, après le montage de l'ensemble des composants, des phases de calibration et de tests, souvent longues et complexes, sont nécessaires pour garantir le bon fonctionnement du dispositif. Enfin, malgré la réduction de la taille de certains composants, l'ensemble occupe une certaine surface, et une certaine épaisseur, qu'il est difficile de réduire.
2.2 dispositifs à base de module
Le titulaire de la présente demande de brevet a proposé une approche palliant un certain nombre de ces inconvénients, consistant à regrouper dans un module unique, toutes, ou au moins la plupart, des fonctions d'un dispositif de radiocommunication numérique.
Un tel module se présente sous la forme d'un boîtier unique, preferentiellement blindé, que les fabricants de dispositifs peuvent implanter directement, sans devoir prendre en compte une multitude de composants. Ce module (encore appelé parfois « macro-composant ») est en effet formé d'un regroupement de plusieurs composants sur un substrat, de façon à être implanté sous la forme d'un unique élément. Il comprend les composants et les logiciels essentiels nécessaires au fonctionnement d'un terminal de télécommunication utilisant des fréquences radio-électriques. Un tel module permet donc d'intégrer facilement, rapidement et de façon optimisée un ensemble de composants dans des terminaux sans-fil (téléphones portables, modems, ou tout autre application exploitant un standard sans fil).
Par ailleurs, celui-ci regroupant toutes les fonctions essentielles et ayant été conçues comme un tout, les problèmes de calibration et de tests ne se posent plus de la même manière, ou sont à tout le moins, grandement simplifiés.
2.3 inconvénients de l'état de l'art
Malgré ces avantages indéniables, cette technique présente certains inconvénients. Tout d'abord, la fabrication d'un tel module est relativement complexe, puisque l'on doit y intégrer toutes les fonctions, et suppose par exemple
un blindage complet, du fait notamment de la présence de traitement de signaux RF.
En outre, il reste nécessaire de le faire communiquer avec d'autres éléments, tels que des composants passifs, un circuit d'alimentation, des circuits analogiques... Pour cela, il est nécessaire de prévoir un nombre important de connexions entre le module et le circuit imprimé sur lequel il sera monté.
On utilise généralement une structure BGA ou CGA, comprenant une pluralité de billes ou de colonnes qui assureront les liaisons électriques. Cependant, il apparaît une incompatibilité entre la surface toujours plus réduite du module et le nombre toujours plus élevé de points de connexion nécessaires. On rencontre alors une impossibilité matérielle, même si on a réussi à réduire la taille des billes ou des colonnes et l'espace minimal entre celles-ci.
Généralement, on regroupe sur un substrat intermédiaire des composants et un module. Ce substrat intermédiaire est ensuite reporté sur une carte client. Cette solution ne résout cependant pas le problème du nombre de connexions disponibles sur la surface du module, et augmente la complexité du montage, puisqu'il suppose un double montage, d'une part sur le substrat intermédiaire et d'autre part sur la carte client.
En outre, elle conduit à l'obtention d'un ensemble final relativement épais, ce qui va à encontre des exigences des fabricants et monteurs.
Par ailleurs, s'il est possible de tester indépendamment un module, il n'est pas possible de tester son bon fonctionnement avec les composants complémentaires avec lesquels il coopère, tant que le montage final n'est pas effectué. 3. Objectifs de l'invention
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'état de l'art.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir une technique permettant d'optimiser la fabrication de dispositifs de radiocommunication, et
notamment de miniaturiser encore ceux-ci, et de simplifier leur assemblage.
Ainsi, un objectif de l'invention est de fournir une telle technique, permettant de réduire l'épaisseur des dispositifs de radiocommunication.
Un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique, permettant de concevoir aisément des dispositifs de radiocommunication qui soient aisés à monter, à calibrer et/ou à tester (notamment chez un producteur externe).
Encore un autre objectif de l'invention est de fournir une telle technique offrant une bonne qualité de fonctionnement, et notamment des performances électriques meilleures que celles des systèmes connus..
L'invention a notamment pour objectif de fournir une telle technique, permettant un montage rapide et un coût de revient réduit des dispositifs de radiocommunication.
Un autre objectif de l'invention est encore de fournir une telle technique permettant de proposer de nouvelles applications, sans problème ou limitation dû à un nombre maximal de points de connexion disponibles, selon la technologie retenue.
4. Caractéristiques principales de l'invention
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite sont atteints à l'aide d'un module de radiocommunication regroupant dans un boîtier d'encapsulation un ensemble de composants rapportés sur un substrat.
Selon l'invention, ledit substrat présente une superficie supérieure à celle définie par ledit boîtier et porte un ensemble de pistes et/ou de points d'accès, de façon à définir une plage d'accueil pour recevoir au moins un autre composant et/ou permettre le test dudit boîtier. Ledit substrat porte en outre des moyens de report sur une carte de circuit imprimé, de façon que ledit substrat permette également l'interconnexion avec ladite carte de circuit imprimé.
Ainsi, l'invention repose sur une approche tout à fait nouvelle de la conception et de la fabrication des modules. La superficie du substrat de ces modules n'est plus limitée à celle du boîtier, ou de l'encapsulation. Elle est au
contraire volontairement augmentée, pour définir des surfaces d'accueil pour d'autres composants, et/ou pour offrir des points d'accès, par exemple en vu de tests.
Cette approche va clairement à encontre des a priori de l'homme du métier, qui a pour objectif de toujours réduire l'encombrement des composants et des modules, et notamment la surface qu'ils occupent.
L'invention apporte de nombreux avantages. Elle permet de réduire l'épaisseur globale du montage, puisqu'il n'y a plus qu'un substrat, au lieu de deux. Elle permet également de faciliter les tests, à l'aide d'entrées/sorties disponibles sur la plage d'accueil.
Elle permet également de simplifier et d'optimiser les opérations de sous- traitance de réalisation d'un tel module.
Enfin, elle permet de s'affranchir de la limitation due au nombre maximal de connexions portées par le module, d'une part en offrant une plus grande surface d'accueil, et d'autre part en permettant des liaisons directes avec les composants portés par la surface d'accueil, via des pistes réalisées dans le substrat.
Ainsi, de façon avantageuse, le module présente une série de couches de diélectrique et de pistes conductrices alternatives, lesdites pistes étant organisées de façon à permettre la réception et l'interconnexion d'au moins un desdits autres composants.
De façon préférentielle, ledit substrat est un substrat organique ou céramique. Plus généralement, le substrat est preferentiellement un substrat présentant une haute densité d'intégration. De façon avantageuse, lesdits moyens de report comprennent un élément interposeur présentant une pluralité de colonnes permettant son montage sur ladite carte de circuit imprimé.
Un tel interposeur est connu en soi, et fait l'objet d'une demande de brevet au nom de la demanderesse. Il permet notamment de simplifier l'interconnexion, tout en assurant le blindage.
Selon un mode de réalisation avantageux, ledit substrat reçoit au moins un desdits seconds composants sur chacune de ces faces. Sur la face intérieure, ces composants peuvent être protégés par le blindage de l'interposeur.
Dans un mode de mise en œuvre particulier, au moins un desdits seconds composants est un composant monté en surface (CMS).
Preferentiellement, ledit boîtier d'encapsulation contient des moyens de traitement de signal en bande de base et/ou en radiofréquence.
Avantageusement, ledit boîtier peut également contenir des moyens de mémorisation. De façon avantageuse, au moins un desdits seconds composants comprend au moins un des éléments suivants :
- circuit d'alimentation ;
- composants passifs ;
- composants analogiques. L'invention concerne également les plateformes de circuit de radiocommunication, regroupant au moins un ensemble encapsulé formant module et au moins une surface d'accueil pour au moins un composant destiné à être rapporté sur ladite plateforme.
L'invention concerne également les dispositifs de radiocommunication comprenant un module tel que décrit ci-dessus. 5. Liste des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donnés à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 présente un exemple de plateforme selon l'invention, présentant sur un même substrat un module et une plage d'accueil de composants associés ; la figure 2 est un exemple de substrat d'interconnexion pour la plateforme de la figure 1 ;
- la figure 3 présente un exemple d'architecture utilisant la plateforme de la figure 1. 6. Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention
6.1 Rappel du principe de l'invention Comme indiqué plus haut, l'invention repose notamment sur approche nouvelle et inventive des modules, selon laquelle la surface du substrat de ce module est supérieure à celle strictement nécessaire à ce module. On définit ainsi une surface d'accueil, sur laquelle on peut par exemple monter des composants CMS. On appelle par la suite dans la description l'ensemble obtenu (comprenant notamment le module classique proprement dit, le substrat et sa surface d'accueil, et le cas échéant les moyens d'interposition) plateforme. (Dans les revendications de la présente demande en revanche, le module correspond à l'ensemble complet.)
On obtient ainsi, selon l'invention, une plateforme électronique combinant les fonctions de composant, d'encapsulation de composants, de substrat d'interconnexion pour puces et composants encapsulés, de report et de blindage.
Cette plateforme permet de reporter directement les puces sur le substrat d'interconnexion, évitant ainsi l'utilisation de deux substrats (un premier substrat pour le boîtier du module, et un second substrat pour l'interconnexion avec d'autres composants).
6.2 Exemples de réalisation
6.2.1 Structure générale de la plateforme
Comme illustré en figure 1, une plateforme selon l'invention comprend essentiellement quatre éléments : - un substrat d'interconnexion 11 ;
- une encapsulation 12, correspondant au module classique ;
- une plage d'accueil 13 de composants montables en surface (CMS) ; un interposeur 14, pour le blindage et le report de la plateforme sur un circuit imprimé. Les dimensions (hauteur, longueur et largeur) de la plateforme ne sont pas
figées. Elles dépendent notamment du contenu du substrat, c'est-à-dire de son dessin. Ce dessin est notamment déterminé par la nature composants électroniques qui vont être encapsulés ou reportés.
6.2.2 Le substrat d'interconnexion Le substrat d'interconnexion 11 est le cœur de la plateforme selon l'invention.
Il s'agit preferentiellement d'un substrat d'interconnexion à haute densité d'intégration, de type organique ou céramique.
Comme illustré en figure 2, il comprend avantageusement plusieurs couches, alternativement en matériau diélectrique 21 et en conducteur 22. Ces conducteurs 22 définissent des pistes, permettant d'assurer les interconnexions souhaitées entre l'encapsulation 12, les composants montés sur la surface d'accueil 13 et/ou l'interposeur 14.
Il présente des entrées et des sorties 23, avantageusement sur ses deux faces. Ces entrées/sorties 23 permettent une interface avec les composants électroniques, et peuvent également former des points d'accès, par exemple pour réaliser des tests. Des trous 24, remplis de résine, assurent les liaisons entre les pistes 22. Des pastilles 25 définissent les entrées et sorties.
Avantageusement, selon la technique utilisée, le substrat peut comporter des éléments électriques passifs, tels que des résistances ou des condensateurs, formés à partir du diélectrique et des pistes conductrices du substrat.
Le contenu, le nombre ce couches de conducteurs et de diélectriques et la nature des couches, ainsi que le dessin (interconnexion entre les couches et taille des connexions) du substrat dépendent notamment des composants qui sont encapsulés et reportés.
6.2.3 L'interposeur
Cet élément d'interposition est avantageusement du type décrit dans le document de brevet FR- 2 811 508 au nom de la Demanderesse.
Selon cette technique, on utilise un jeu d'éléments conducteurs, distribués sur la face inférieure du substrat, pour assurer à la fois le blindage
électromagnétique de la face inférieure du circuit imprimé, l'interconnexion électrique avec la carte mère et le report du module sur la carte mère.
Ainsi, le module (et les composants reportés sur son substrat) forme un élément unique, destiné à être reporté comme un tout sur une carte-mère. 6.24 Encapsulation
Cet élément 12, qui correspond au module proprement dit, est un élément constitutif et solidaire de la plate-forme. Il n'en est pas dissocié (et n'y est donc pas reporté par soudure).
Il peut encapsuler un ou plusieurs composants électroniques présents par exemple sous la forme de puces électroniques, qui peuvent le cas échéant être empilées l'une sur l'autre, ou disposées les unes à côté des autres. Ces composants permettent notamment d'assurer les différents traitements radio-fréquence et de bandes de base.
Le matériau d'encapsulation est une résine de même nature que celle utilisée dans la fabrication des boîtiers électroniques plastiques.
6.2.5 Plage d'accueil
La plage d'accueil correspond à la surface du substrat qui n'est pas encapsulé. Elle est composée de pastilles conductrices 25 destinées à être connectées aux composants montables en surface, dont la fonction est compatible avec l'architecture de la base.
Avantageusement, les plages d'accueil existent de chaque côté de chaque substrat d'interconnexion 11.
6.3 Avantages de l'invention
La plate-forme selon l'invention, telle que décrite précédemment, est donc à la fois :
- un composant, car elle assure une ou plusieurs fonctions électroniques ;
- un substrat d'interconnexion, car elle permet de relier électriquement entre différents composants, et permet ainsi de n'utiliser qu'un seul substrat, alors que l'on utilise généralement deux substrats, l'un pour
l'encapsulation, et l'autre pour associer cette dernière aux autres composants. Cela permet bien sûr de limiter la complexité du montage, et de réduire l'épaisseur finale ;
- un boîtier, par exemple plastique, qui regroupe les fonctions d'encapsulation et de report, comme un module classique ;
- le cas échéant un blindage, par la présence des colonnes métalliques (CGA) intégrées à l'interposeur.
6.4 Exemples d'application
La plate-forme décrit ci-dessus peut être utilisée dans de nombreuses applications électroniques, et notamment radiotelephoniques. Un exemple particulier d'architecture est ainsi illustré en figure 3. Dans l'encapsulation 12, on a prévu un processeur bande de base 121, et une mémoire 122, montée sur ce dernier. Des connexions adaptées 123 sont prévues entre ces éléments et le substrat 11. Sur la plage d'accueil supérieure, on a rapporté un circuit d'alimentation
31, reporté en surface. Sur la surface inférieure, et dans l'espace défini par l'interposeur 14, on a reporté en surface des composants passifs 32, et un circuit analogique 33.
Cet ensemble indépendant peut être réalisé par un sous-traitant, et aisément testé. Il est prêt à être rapporté sur une carte client, à l'aide de l'interposeur 14 pour former directement un ensemble prêt à être utilisé.