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Title:
ELECTRONIC CARD WITH PRINTED CIRCUIT COMPRISING AN ANTENNA WITH INTEGRATED SLOTS AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/142051
Kind Code:
A1
Abstract:
The electronic card with printed circuit (1) comprises at least one antenna with slots (AT) including a cavity (15) and a metal conductive layer (17) covering the cavity and having a plurality of slots (S17). The slots form openings in the metal conductive layer. In accordance with the invention, the cavity is formed, by removal of material, in the thickness of the printed circuit. The cavity also comprises a metallisation layer (16) on the walls and the metal conductive layer is formed in a plate attached on the electronic card with printed circuit and closes the cavity.

Inventors:
KIEL FRIEDBALD (FR)
Application Number:
PCT/FR2018/050195
Publication Date:
August 09, 2018
Filing Date:
January 29, 2018
Export Citation:
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Assignee:
INST VEDECOM (FR)
International Classes:
H01L21/48; H01Q13/18; H01Q21/06; H05K1/18; H05K3/46
Domestic Patent References:
WO2011030277A22011-03-17
Foreign References:
US20140246227A12014-09-04
US6049311A2000-04-11
US20040004576A12004-01-08
EP2564466A12013-03-06
FR2901062A12007-11-16
US20090151150A12009-06-18
US20110203836A12011-08-25
US20130292826A12013-11-07
US20130032388A12013-02-07
US6049311A2000-04-11
EP2564466A12013-03-06
US20040004576A12004-01-08
Attorney, Agent or Firm:
MENES, Catherine (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 ) Carte électronique à circuit imprimé comprenant au moins une antenne à fentes (AT), ladite antenne à fentes (AT) comprenant une cavité (15, 15') et une couche conductrice métallique (17c, CF) recouvrant ladite cavité (15, 15') et ayant une pluralité de fentes (S17), lesdites fentes (S17) formant des ouvertures dans ladite couche conductrice métallique (17, 17c, CF), caractérisée en ce que ladite cavité (15, 15') est formée, par retrait de matière, dans l'épaisseur de ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 ') et comporte une couche de métallisation (16) sur des parois, et en ce que ladite couche conductrice métallique (17c, CF), ayant ladite pluralité de fentes (S17), est formée dans une plaque (17, 17a, 17b, 17c) rapportée sur ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 ') et fermant ladite cavité (15, 15').

2) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite couche conductrice métallique (17a, CF), ayant ladite pluralité de fentes (S17), est supportée sur une couche diélectrique (17a, DF) fermant ladite cavité (15, 15'), ladite couche conductrice métallique (17a, CF) étant disposée à l'extérieur de ladite cavité (15, 15').

3) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite couche conductrice métallique (17b, CF), ayant ladite pluralité de fentes (S17), est supportée sur une couche diélectrique (17b, DF) fermant ladite cavité (15, 15'), ladite couche conductrice métallique (17b, CF) étant disposée à l'intérieur de ladite cavité (15, 15').

4) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ladite couche conductrice métallique (CF), ayant ladite pluralité de fentes (S17), et ladite couche diélectrique (DF) sont formées dans une plaque de stratifié de type CCL ou une plaque de type RCC.

5) Carte électronique à circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite couche de métallisation (16) est en cuivre.

6) Carte électronique à circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs dites antennes à fentes (AT), lesdites antennes à fentes étant associées en un réseau d'antennes. 7) Carte électronique à circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle est de type multicouche.

8) Carte électronique à circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un émetteur radio comprenant au moins une dite

5 antenne à fentes (AT) et un composant électronique (13) implanté au fond de ladite cavité (15, 15') d'antenne à fentes (AT).

9) Carte électronique à circuit imprimé selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un conducteur (C10) en contact avec ledit composant électronique (13) et ayant pour fonction d'extraire des calories produites par ledit composant électronique (13).

10 10) Carte électronique à circuit imprimé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un récepteur radio comprenant au moins une dite antenne à fentes (AT) et un composant électronique (13) implanté au fond de ladite cavité (15, 15') d'antenne à fentes (AT).

1 1 ) Procédé de fabrication d'une carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 '), ladite carte 15 électronique à circuit imprimé (1 , 1 ') étant du type comprenant au moins une antenne à fentes (AT), ladite antenne à fentes (AT) comprenant une cavité (15, 15') et une couche conductrice métallique (17c, CF) recouvrant ladite cavité (15, 15') et ayant une pluralité de fentes (S17), lesdites fentes (S17) formant des ouvertures dans ladite couche conductrice métallique (17, 17c, CF), ledit procédé comportant des étapes de photolithographie et 0 gravure, caractérisé en ce qu'il comporte également une étape de retrait de matière pour former au moins une dite cavité (15, 15') dans l'épaisseur de ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 '), une étape de métallisation pour former une couche de métallisation (16) sur des parois de ladite cavité (15, 15') et une étape de report sur ladite carte électronique à circuit imprimé (1 , 1 ') d'une plaque incluant ladite couche conductrice 5 métallique (17c, CF) de sorte à fermer ladite cavité (15, 15').

12) Procédé de fabrication selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce qu'il comporte également une étape de stratification de plusieurs plaques de circuit imprimé (P1 , P2, P3) pour former ladite carte électronique à circuit imprimé (1 ').

Description:
CARTE ÉLECTRONIQUE À CIRCUIT IMPRIMÉ COMPRENANT UNE ANTENNE À FENTES INTÉGRÉE ET PROCÉDÉ DE FABRICATION DE CELLE-CI

[001 ] La présente invention revendique la priorité de la demande française 1750851 déposée le 1 er février 2017 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.

[002] L'invention concerne de manière générale le domaine des communications sans fil. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à une carte électronique à circuit imprimé comprenant au moins une antenne à fentes intégrée. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'une carte électronique à circuit imprimé comprenant une telle antenne à fentes.

[003] Les communications sans fil, par faisceaux hertziens, connaissent un développement spectaculaire depuis une vingtaine d'années. La convergence entre l'internet, l'informatique, l'audiovisuel, les réseaux de téléphonie mobile et la disponibilité de terminaux performants de communication en situation de mobilité ont fait apparaître de nouveaux modes de communication. Ainsi, différentes technologies de communication sans fil ont été mises au point et sont bien connues telles que, par exemple, celles définies par les normes Bluetooth (marque déposée) pour les réseaux sans fil personnels, WiFi (marque déposée) pour les réseaux sans fil locaux et UMTS et LTE (marques déposées) pour les réseaux sans fil étendus de téléphonie mobile.

[004] Un développement encore plus important des communications sans fil est prévisible avec le développement des objets connectés et l'émergence d'une informatique dite « ambiante » dans laquelle les personnes et les objets présents dans un même environnement communiquent à travers des réseaux sans fil. Les objets sont équipés de « puces » et de moyens de communication sans fil qui leur permettent une adaptation et une interaction avec leur environnement et les personnes.

[005] Les réseaux sans fil embarqués dans les moyens de transport aérien, routier, ferroviaire et maritime vont connaître aussi une forte croissance. Le déploiement d'un grand nombre de capteurs à travers un réseau sans fil présente également des applications multiples, par exemple, dans les domaines de l'instrumentation, l'environnement, la domotique, la santé, la supervision des processus et la sécurité. [006] Les antennes radioélectriques sont des composants clés des dispositifs de communication sans fil et constituent un frein notable à la miniaturisation des modules de communication radio et à la réduction des coûts. La miniaturisation des antennes radioélectriques et la réduction de leur coût sont souhaitables pour faciliter l'intégration de modules de communication sans fil dans les systèmes, et notamment, ceux du type dit SiP (pour « System in Package » en anglais).

[007] Des micro-antennes à fentes dans les bandes des ultra hautes fréquences et des hyperfréquences sont utilisées dans la téléphonie cellulaire. Ainsi, il est connu par l'entité inventive une antenne à fentes intégrée dans une carte de circuit imprimé et qui équipe typiquement les téléphones cellulaires dans la bande de fréquences de 800 MHz à 1 GHz. Cette antenne offre cependant des performances radioélectriques limitées, notamment en termes de gain.

[008] Les antennes à fentes de type à guide d'onde ou à cavité offrent de meilleures performances. De telles antennes sont par exemple décrites dans les documents de brevet US604931 1A, EP2564466A1 et US2004/004576A1 . Cependant, dans ces antennes de l'état de la technique, l'ajout d'un guide d'onde ou d'une cavité augmente l'encombrement de l'antenne et impacte significativement son coût.

[009] Le fort développement attendu du marché des réseaux de communication sans fil demande une avancée technologique pour des antennes à fentes présentant de bonnes performances et qui puissent être intégrées dans des cartes électroniques de circuit imprimé, avec un encombrement et un coût réduits, pour la réalisation de système du type dit SiP (pour « System in Package » en anglais).

[0010] Selon un premier aspect, l'invention concerne une carte électronique à circuit imprimé comprenant au moins une antenne à fentes, l'antenne à fentes comprenant une cavité et une couche conductrice métallique recouvrant la cavité et ayant une pluralité de fentes, les fentes formant des ouvertures dans la couche conductrice métallique.

[001 1 ] Conformément à l'invention, la cavité est formée, par retrait de matière, dans l'épaisseur de la carte électronique à circuit imprimé et comporte une couche de métallisation sur des parois, et la couche conductrice métallique, ayant la pluralité de fentes, est formée dans une plaque rapportée sur la carte électronique à circuit imprimé et ferme la cavité. [0012] Selon une caractéristique particulière, la couche conductrice métallique, ayant la pluralité de fentes, est supportée sur une couche diélectrique fermant la cavité, la couche conductrice métallique étant disposée à l'extérieur de la cavité.

[0013] Selon une autre caractéristique particulière, la couche conductrice métallique, ayant la pluralité de fentes, est supportée sur une couche diélectrique fermant la cavité, la couche conductrice métallique étant disposée à l'intérieur de la cavité.

[0014] Selon encore une autre caractéristique particulière, la couche conductrice métallique, ayant la pluralité de fentes, et la couche diélectrique sont formées dans une plaque de stratifié de type CCL ou une plaque de type RCC. [0015] Selon encore une autre caractéristique particulière, la couche de métallisation est en cuivre.

[0016] Selon forme de réalisation particulière, la carte électronique à circuit imprimé comprend plusieurs antennes à fentes, les antennes à fentes étant associées en un réseau d'antennes. [0017] Selon encore une autre caractéristique particulière, la carte électronique à circuit imprimé est de type multicouche.

[0018] Selon une forme autre de réalisation particulière, la carte électronique à circuit imprimé comporte un émetteur radio comprenant au moins une antenne à fentes et un composant électronique implanté au fond de la cavité d'antenne à fentes. [0019] Selon encore une autre caractéristique particulière, la carte électronique à circuit imprimé comprend un conducteur en contact avec le composant électronique et ayant pour fonction d'extraire des calories produites par le composant électronique.

[0020] Selon encore une forme autre de réalisation particulière, la carte électronique à circuit imprimé comporte un récepteur radio comprenant au moins une antenne à fentes et un composant électronique implanté au fond de la cavité d'antenne à fentes.

[0021 ] Selon un autre aspect, l'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une carte électronique à circuit imprimé, la carte électronique à circuit imprimé étant du type comprenant au moins une antenne à fentes, l'antenne à fentes comprenant une cavité et une couche conductrice métallique recouvrant la cavité et ayant une pluralité de fentes, les fentes formant des ouvertures dans la couche conductrice métallique, le procédé comportant des étapes de photolithographie et gravure. Conformément à l'invention, le procédé comporte également une étape de retrait de matière pour former la cavité dans l'épaisseur de la carte électronique à circuit imprimé, une étape de métallisation pour former une couche de métallisation sur des parois de la cavité et une étape de report sur la carte électronique à circuit imprimé d'une plaque incluant la couche conductrice métallique de sorte à fermer la cavité.

[0022] Selon une caractéristique particulière, le procédé comprend également une étape de stratification de plusieurs plaques de circuit imprimé pour former la carte de circuit imprimé. [0023] D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-dessous de plusieurs formes de réalisation particulières de l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

- La Fig.1 est une vue en coupe partielle d'une carte électronique à circuit imprimé dans un état qui précède l'intégration d'une antenne à fentes pour la réalisation d'une carte électronique selon l'invention ;

- La Fig.2A est une vue en coupe partielle de la carte électronique à circuit imprimé de la Fig.1 dans laquelle a été réalisée une cavité de l'antenne à fentes ;

- La Fig.2B est une vue en coupe partielle de plusieurs plaques de circuit imprimé avant stratification de celles-ci pour former la carte électronique à circuit imprimé selon l'invention avec la cavité de l'antenne à fentes ;

- La Fig.3 est une vue en coupe partielle de la carte électronique à circuit imprimé selon l'invention de la Fig.1 dans laquelle est intégrée l'antenne à fentes ;

- Les Figs.4A et 4B sont des vues de dessus et de flanc d'un premier exemple de plaque à fentes comprise dans l'antenne ; - Les Figs.5A et 5B sont des vues de dessus et de flanc d'un deuxième exemple de plaque à fentes comprise dans l'antenne ; et

- Les Figs.6A et 6B sont des vues de dessus et en coupe d'un troisième exemple de plaque à fentes comprise dans l'antenne. [0024] En référence aux Figs.1 , 2A, 2B et 3, il est décrit les étapes de fabrication d'une forme de réalisation particulière d'une antenne à fentes dans une carte électronique à circuit imprimé selon l'invention.

[0025] A la Fig.1 , il est montré une carte électronique à circuit imprimé 1 de type 5 multicouche dans laquelle doit être intégrée l'antenne à fentes.

[0026] Comme montré à la Fig.1 , de manière classique, la carte électronique à circuit imprimé 1 comprend une pluralité de couches conductrices en cuivre 10 et de couches diélectriques 1 1. Des motifs conducteurs de connexion sont réalisés dans les couches conductrices 10, ainsi que des vias 12 pour l'interconnexion de motifs conducteurs situés 10 dans des couches différentes. Des composants électroniques actifs et passifs du circuit, tels que le composant électronique 13, sont enterrés entre des couches internes de la carte 1 lors de la réalisation de celle-ci.

[0027] De manière générale, pour la réalisation de la carte électronique à circuit imprimé multicouche 1 , il est utilisé des techniques de fabrication de cartes de circuit imprimé qui

15 sont bien maîtrisées. Ainsi, il pourra être fait appel à des plaques de stratifié revêtu de cuivre dites CCL (de « Copper Clad Laminate » en anglais) chargées ou pas en fibres de verre, des diélectriques préimprégés de résine de type époxy, dits « prépeg », des feuilles ou des plaques fines de cuivre éventuellement avec un revêtement de résine, de type RCC (de « Resin Coated Copper » en anglais), et des adhésifs. Il pourra être utilisé une

20 combinaison de techniques comprenant la stratification, la photolithographie, la gravure humide, l'électrodéposition, le fraisage et perçage mécanique ou au laser et autres techniques.

[0028] La zone ZA, montrée à la Fig.1 , est la zone de la carte 1 dans laquelle doit être implantée l'antenne à fentes. Dans cette zone ZA est implanté un composant électronique 25 13 qui, dans cet exemple de réalisation, est un transistor RF pour l'émission des ondes électromagnétiques. L'objectif est ici de réaliser un émetteur radio en associant une antenne à fentes au transistor 13. Bien entendu, la réalisation d'un récepteur radio dans la carte 1 sera faite de manière semblable.

[0029] Comme montré à la Fig.1 , le transistor 13 est enterré entre des couches internes 30 10, 1 1 , de la carte 1 . Le transistor 13 comporte des électrodes, non visibles à la Fig.1 , qui sont soudées à un motif de connexion en cuivre de la carte 1 . [0030] Un conducteur C10, constitué d'une couche épaisse de cuivre, est prévu pour le refroidissement du transistor 13. Ce conducteur C10 a pour fonction d'extraire les calories produites par le transistor 13 vers un dissipateur thermique (non représenté). Des vias 12 sont réalisés ici pour relier une face métallique du transistor 13 au conducteur C10. Le conducteur C10 sera nécessaire, ou pas, selon la puissance de l'émetteur radio. Lorsque le conducteur C10 est nécessaire, il sera dimensionné en fonction de la puissance calorifique à évacuer. Le conducteur C10 sera plus rarement nécessaire dans le cas d'un récepteur radio.

[0031 ] Conformément à l'invention, une cavité d'antenne 15, montrée à la Fig.2A, est intégrée dans l'épaisseur de la carte 1. Dans cette forme de réalisation, un motif d'indexage, repéré 14 à la Fig.1 , a été réalisé sur la face haute de la carte 1 de manière à autoriser un indexage de l'outil de retrait de matière qui est utilisé pour creuser la cavité 15.

[0032] Comme montré à la Fig.2A, la matière est retirée au-dessus du transistor 13 pour dégager le volume voulu pour la cavité 15. Ce retrait de matière est typiquement effectué à la fraise, au laser et/ou par des techniques de photogravure chimique autorisant une découpe précise des couches de métal.

[0033] Les dimensions de la cavité 15 sont déterminées de manière classique en fonction de la longueur d'onde de la porteuse. [0034] Les parois de la cavité 15 sont ensuite revêtues d'une couche de métallisation 16, typiquement en cuivre, de manière à former un guide d'onde. La couche de métallisation 16 est effectuée ici par dépôt électrolytique.

[0035] Selon une autre forme de réalisation montrée à la Fig.2B, une carte électronique à circuit imprimé 1 ', avec sa cavité d'antenne 15' intégrée, est formée par stratification de plusieurs plaques de circuit imprimé. Dans la forme de réalisation de la Fig.2B, les plaques de circuit imprimé sont au nombre de trois, à savoir, P1 , P2 et P3.

[0036] Chacune des plaques P1 , P2 et P3 est formée avec les techniques de fabrication des cartes de circuit imprimé multicouche.

[0037] Des retraits de matière M1 , M2, sont effectués ici dans les plaques P2, P3, de manière à dégager un volume total correspondant au volume voulu pour la cavité 15'. Ces retraits de matière M1 , M2, sont effectués de manière analogue à celui effectué pour la cavité 15, c'est-à-dire, à la fraise, au laser et/ou par des techniques de photogravure chimique.

[0038] Les plaques P1 , P2 et P3 sont ensuite stratifiées par pressage et passage au four de stratification sous vide, après avoir été enduite sur leurs surfaces de stratification, par exemple, d'une résine polymérisable de type époxy pour assurer leur encollage. Il est ainsi obtenu la carte électronique à circuit imprimé multicouche 1 ' avec la cavité 15'. De même que pour la cavité 15 de la carte 1 , les parois de la cavité 15' sont ensuite revêtues d'une couche de métallisation, typiquement en cuivre, de manière à former un guide d'onde. A ce stade de réalisation, la carte 1 ' est dans l'état de la carte 1 montrée à la Fig.2A. [0039] La description ci-dessous se poursuit en considérant la carte électronique à circuit imprimé 1 au stade de réalisation de la Fig.2A.

[0040] La réalisation de l'antenne s'achève par la mise en place d'une plaque 17 destinée à fermer la partie haute de la cavité 15. La plaque 17 est typiquement une plaque de circuit imprimé dans laquelle sont réalisées une pluralité de fentes S17 qui sont visibles à la Fig.2A. Les fentes S17 forment des ouvertures dans la couche de métal de la carte électronique à circuit imprimé.

[0041 ] Un épaulement 18 est prévu en haut des parois de la cavité 15. L'épaulement 18 assure un positionnement précis de la plaque 17 dans l'ouverture de la cavité 15. Un positionnement précis est nécessaire pour le respect de la définition dimensionnelle de l'antenne. La plaque 17 est fixée par collage dans l'ouverture de la cavité 15.

[0042] L'antenne AT selon l'invention est montrée dans son état achevé à la Fig.3. Comme le montre la Fig.3, l'antenne AT est totalement intégrée dans la carte électronique à circuit imprimé 1 .

[0043] Différentes formes de réalisation de la plaque à fentes sont montrées aux Figs.4A, 4B, 5A, 5B et 6A, 6B.

[0044] Les Figs.4A, 4B, et 5A, 5B, montrent respectivement des première et deuxième formes de réalisation 17a et 17b de la plaque à fentes. Les plaques à fentes 17a et 17b sont analogues, hormis le fait que la plaque 17a ferme la cavité 15 de l'antenne AT avec sa face cuivrée CP disposée à l'extérieur de la cavité 15 et que la plaque 17b ferme la cavité 15 de l'antenne AT avec sa face cuivrée CP disposée à l'intérieur de la cavité 15. [0045] La plaque à fentes 17a, 17b, est obtenue par exemple à partir d'une plaque fine de stratifié CCL, ou bien d'une plaque RCC, comprenant une couche diélectrique DF et une couche de cuivre CF.

[0046] Le motif de fentes montré à la Fig.4A est réalisé par les techniques classiques de photolithographie et gravure. Les fentes S17 sont obtenues par retrait du cuivre. Les fentes S17 conservent la couche diélectrique.

[0047] Les Figs.6A, 6B, montrent une troisième forme de réalisation 17c de la plaque à fentes.

[0048] La plaque à fentes 17c est ici obtenue à partir d'une plaque fine de cuivre. Le motif de fentes est réalisé par exemple par photogravure chimique.

[0049] Bien entendu, dans certaines applications, plusieurs antennes selon l'invention pourront être combinées en réseau et réalisées sur une même carte électronique à circuit imprimé. Il sera ainsi possible d'obtenir les formes de lobes souhaitées.

[0050] L'invention ne se limite pas aux formes de réalisation particulières qui ont été décrites ici à titre d'exemple. L'homme du métier, selon les applications de l'invention, pourra apporter différentes modifications et variantes qui entrent dans la portée des revendications ci-annexées.