Les boîtiers CMS s'adaptent aux hyperfréquences

Parallèlement à l'essor des MMIC (monolithic microwave integrated circuits) en GaAs dans les années 1990, les fonctions radio et hyperfréquences se sont intégrées au sein de modules garantissant à la fois une intégrité physique et électrique de ces puces. Car au-delà de la dizaine de gigahertz, les parasites introduits par le substrat deviennent en effet fortement pré-judiciables à l'application. Basés sur des substrats haute densité (céramiques ou organiques), ces modules ont, de plus, permis de réduire l'encombrement des fonctions RF et HF sur les cartes et de limiter les opérations d'assemblage à la charge des fabricants de cartes au seul report de ces modules. Par contre, l'assemblage du circuit hybride lui-même, par câblage filaire (wire-bonding) de puces nues, reste très coûteux, notamment en raison de la nécessité d'un environnement de salle blanche. Pour réduire les coûts d'assemblage des modules hyperfréquences, les fabricants de composants hyperfréquences et les fabricants de boîtiers ont ainsi cherché à développer des boîtiers CMS ­qui peuvent donc être reportés sur un circuit imprimé au moyen d'une machine de placement ­ compatibles avec des fréquences très élevées, qui n'altèrent pas en particulier les performances électriques de la puce. Compte tenu des quantités de composants assemblés, le surcoût dû à la mise en boîtier de la puce (coût du boîtier + opération de câblage filaire de la puce) resterait en effet modéré. De plus, ces boîtiers peuvent être testés individuellement avant leur report sur le module. Selon le fabricant de composants hyperfréquences en arséniure de gallium UMS, l'utilisation de circuits hyperfréquences en boîtiers CMS permettrait ainsi de réduire le coût d'assemblage total d'un module hyperfréquence de 42 %. Ces boîtiers CMS pour circuits hyperfréquences arrivent actuellement sur le marché.

UMS a ainsi récemment présenté un jeu de circuits adaptés aux applications entre 26 GHz et 32 GHz encapsulés dans des boîtiers CMS (voir notre numéro du 20 septembre 2001). Le boîtier, constitué d'un substrat et d'un capot organique (type Rogers 4003), n'ajouterait, selon la société, que 1 dB de perte aux performances des composants. Sur le salon RF & Hyper 2003, le fabricant japonais de boîtiers NTK présentera, lui, des boîtiers CMS pour MMIC et MEMS RF en céramique. Ces boîtiers utilisent des substrats deux couches, soit en alumine cocuite à basse température (LTCC) avec des vias en argent, soit en alumine cocuite à haute température (HTCC) ou, pour une meilleure dissipation thermique, en nitrure d'aluminium, avec des vias en tungstène. Selon les simulations effectuées par NTK (voir schéma ci-contre), ces boîtiers présenteraient une très faible perte d'insertion entre 0 GHz et 40 GHz. Egalement présent sur le salon, Kyocera propose sensiblement le même type de boîtier, mais avec une technologie céramique cocuite à basse température avec des pistes et des vias en cuivre. Ce type de boîtier LTCC avec un substrat à une ou deux couches permettrait d'atteindre 60 GHz avec une perte d'insertion inférieure à 0,5 dB.