FR3018660A1 - SYSTEM FOR INTERCONNECTING ELECTRONIC CIRCUIT BOARDS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système d'interconnexion entre deux lignes de transmission (20,21) de signaux radiofréquence présentes sur deux cartes électroniques superposées. Les lignes de transmission sont chacune disposées au-dessus d'un plan de masse. Le système comprend une entretoise conductrice de mise à la masse (31) reliant les deux plans de masse et un bâtonnet conducteur (50) reliant les deux lignes de transmission (20, 21), ledit bâtonnet s'étendant au moins partiellement entre deux cartes et sensiblement parallèlement à l'entretoise de mise à la masse (31). La distance entre ledit bâtonnet (50) et l'entretoise de mise à la masse (31) est définie pour qu'au moins une portion centrale (50A) du bâtonnet soit couplée électriquement à l'entretoise de mise à la masse.The present invention relates to an interconnection system between two transmission lines (20,21) of radiofrequency signals present on two superimposed electronic cards. The transmission lines are each disposed above a ground plane. The system comprises a conductive grounding spacer (31) connecting the two ground planes and a conductive rod (50) connecting the two transmission lines (20, 21), said rod extending at least partially between two cards and substantially parallel to the grounding spacer (31). The distance between said rod (50) and the grounding spacer (31) is defined so that at least one central portion (50A) of the rod is electrically coupled to the grounding spacer.
Description
SYSTEME D'INTERCONNEXION DE CARTES DE CIRCUIT ELECTRONIQUE Domaine technique La présente invention se rapporte au domaine de l'interconnexion de cartes de circuit électronique. L'invention concerne plus particulièrement un système permettant d'interconnecter deux lignes de transmission de signaux radiofréquence appartenant à deux cartes de circuit électronique distinctes, les deux cartes étant superposées. L'invention trouve des applications dans de nombreux domaines, notamment dans le domaine des appareils électroniques comportant au moins deux cartes de circuit électronique superposées entre lesquelles transitent des signaux radiofréquence. Etat de la technique Dans le préambule de la présente demande de brevet, l'invention sera décrite dans le cadre d'un dispositif électronique comportant une première carte de circuit électronique, appelée carte mère, et une deuxième carte de circuit électronique, appelée module radiofréquence, connectée à la carte mère. Le module radiofréquence est par exemple un module WiFi, un module LTE, un module DECT ou un module ZigBee. On considérera dans la suite de ce préambule que le module radiofréquence est un module WiFi.TECHNICAL FIELD The present invention relates to the field of electronic circuit board interconnection. The invention relates more particularly to a system for interconnecting two radiofrequency signal transmission lines belonging to two separate electronic circuit cards, the two cards being superimposed. The invention has applications in many fields, particularly in the field of electronic devices comprising at least two superimposed electronic circuit boards between which radiofrequency signals pass. STATE OF THE ART In the preamble of the present patent application, the invention will be described in the context of an electronic device comprising a first electronic circuit board, called a motherboard, and a second electronic circuit board, called a radio frequency module. , connected to the motherboard. The radio frequency module is for example a WiFi module, an LTE module, a DECT module or a ZigBee module. It will be considered in the remainder of this preamble that the radio frequency module is a WiFi module.
Il existe actuellement deux moyens d'associer un module WiFi à une carte mère d'un dispositif électronique. Un premier moyen consiste tout simplement à prévoir le module WiFi dans la carte mère. La fonction WiFi est alors réalisée et intégrée dans la carte mère. Un second moyen consiste à prévoir deux cartes séparées et à les connecter via une ou plusieurs interfaces adaptée(s). L'intégration de la fonction WiFi dans la carte mère peut être considérée comme la solution la moins onéreuse en termes de production. Tous les composants sont assemblés sur la carte mère. Le coût des interfaces peut alors être économisé. Par ailleurs, s'agissant des performances, les pertes d'insertion peuvent être réduites à leur minimum. La deuxième solution est plus coûteuse mais comporte aussi des avantages. Le temps de conception peut être réduit puisque le module WiFi et la carte mère existent déjà. Il suffit alors de concevoir le système d'interconnexion entre les deux cartes. Par ailleurs, toute modification du module WiFi ne nécessite pas de refaire le design de la carte mère. La présente invention concerne ce type de réalisation. Dans ce type de réalisation, l'interconnexion entre la carte mère et la carte du module WiFi est effectuée classiquement de la manière suivante. Le module WiFi est attaché à la carte mère via une interface appropriée, par exemple un connecteur PCIe, et au moins deux entretoises à vis. La liaison des plans de masse de la carte mère et du module WiFi est réalisée via des broches du connecteur et lesdites entretoises à vis. Pour la transmission des signaux radiofréquence entre les deux cartes, chacune des cartes est munie d'un connecteur coaxial, et un câble coaxial est branché entre les deux connecteurs coaxiaux. La figure 1 représente une vue schématique d'un dispositif électronique comportant une carte mère 1 et une carte auxiliaire 2 montée sur la carte mère 1 à l'aide d'entretoises à vis 3 disposées aux quatre coins de la carte auxiliaire. Chaque entretoise à vis est composée d'une entretoise 30 (mounting pillar selon la terminologie anglo-saxonne) montée sur la carte mère et d'une vis 31 destinée à être vissée dans un taraudage de l'entretoise 30. Le corps de la vis est inséré dans un orifice 20 de la carte auxiliaire puis vissé dans le taraudage de l'entretoise de montage. Après montage de la carte auxiliaire sur la carte mère, les entretoises 30 sont présentes entre les deux cartes et permettent de fixer l'écartement entre les deux cartes. La partie filetée des vis 31 est vissée dans le taraudage des entretoises 30, la tête des vis 31 reposant sur la face supérieure de la carte auxiliaire. S'agissant de la transmission des signaux radiofréquence entre la carte mère 1 et la carte auxiliaire 2, elle est réalisée au moyen de deux connecteurs coaxiaux (non représentés sur la figure 1), à savoir un connecteur coaxial sur chaque carte, et un câble coaxial (non représenté sur la figure 1) branché entre les deux connecteurs coaxiaux.There are currently two ways to associate a WiFi module with a motherboard of an electronic device. A first way is simply to provide the WiFi module in the motherboard. The WiFi function is then realized and integrated in the motherboard. A second means consists in providing two separate cards and connecting them via one or more adapted interfaces. The integration of the WiFi function in the motherboard can be considered as the least expensive solution in terms of production. All components are assembled on the motherboard. The cost of the interfaces can then be saved. In addition, with regard to performance, insertion losses can be reduced to a minimum. The second solution is more expensive but also has advantages. The design time can be reduced since the WiFi module and the motherboard already exist. It is then sufficient to design the interconnection system between the two cards. In addition, any modification of the WiFi module does not require redesigning the motherboard. The present invention relates to this type of embodiment. In this type of embodiment, the interconnection between the motherboard and the WiFi module card is performed conventionally as follows. The WiFi module is attached to the motherboard via an appropriate interface, for example a PCIe connector, and at least two screw spacers. The connection of the ground planes of the motherboard and the WiFi module is performed via pins of the connector and said screw spacers. For the transmission of radiofrequency signals between the two cards, each of the cards is provided with a coaxial connector, and a coaxial cable is connected between the two coaxial connectors. FIG. 1 represents a schematic view of an electronic device comprising a motherboard 1 and an auxiliary card 2 mounted on the motherboard 1 by means of screw spacers 3 arranged at the four corners of the auxiliary card. Each screw spacer is composed of a spacer 30 (mounting pillar according to the English terminology) mounted on the motherboard and a screw 31 to be screwed into a tapping of the spacer 30. The body of the screw is inserted into an orifice 20 of the auxiliary card and then screwed into the tapping of the mounting spacer. After mounting the auxiliary card on the motherboard, the spacers 30 are present between the two cards and allow to fix the spacing between the two cards. The threaded portion of the screws 31 is screwed into the tapping of the spacers 30, the head of the screws 31 resting on the upper face of the auxiliary card. As regards the transmission of radiofrequency signals between the motherboard 1 and the auxiliary card 2, it is produced by means of two coaxial connectors (not shown in FIG. 1), namely a coaxial connector on each card, and a cable coaxial (not shown in Figure 1) connected between the two coaxial connectors.
Ces moyens de connexion coaxiaux ont pour inconvénient d'être relativement couteux et d'introduire des pertes d'insertion au niveau de la transmission des signaux radiofréquence.These coaxial connection means have the disadvantage of being relatively expensive and introducing insertion losses in the transmission of radio frequency signals.
Il est possible de supprimer le câble coaxial en utilisant des connecteurs coaxiaux spécifiques, à savoir un connecteur mâle et un connecteur femelle, de longueurs appropriées. Ce type de connecteurs coaxiaux est notamment commercialisé par la société Radiall.It is possible to remove the coaxial cable by using specific coaxial connectors, namely a male connector and a female connector, of appropriate lengths. This type of coaxial connectors is in particular marketed by Radiall.
Bien que cette solution permettre de supprimer le câble coaxial, elle reste couteuse car les connecteurs en question sont plus chers que les connecteurs standards. Par ailleurs, les pertes d'insertion sont toujours présentes.Although this solution allows to remove the coaxial cable, it remains expensive because the connectors in question are more expensive than the standard connectors. In addition, insertion losses are always present.
Résumé de l'invention Un objet de l'invention est de pallier toute ou partie des inconvénients précités. A cet effet, un premier aspect de l'invention propose un système d'interconnexion entre une ligne de transmission de signaux radiofréquence, dite première ligne de transmission, d'une première carte de circuit électronique et une ligne de transmission de signaux radiofréquence, dite deuxième ligne de transmission, d'une deuxième carte de circuit électronique, lesdites première et deuxième cartes de circuit électronique étant superposées et séparées par une lame d'air, lesdites première et deuxième cartes de circuit électronique comprenant chacune un plan de masse, appelé respectivement premier plan de masse et deuxième plan de masse, au-dessus desquels sont disposées respectivement ladite première ligne de transmission et ladite deuxième ligne de transmission, caractérisé en ce que le système d'interconnexion comprend: - une entretoise conductrice de mise à la masse reliant le premier plan de masse au deuxième plan de masse et servant à maintenir la lame d'air entre lesdites première et deuxième cartes de circuit électronique, et - au moins un bâtonnet conducteur reliant la première ligne de transmission à la deuxième ligne de transmission de la deuxième carte de circuit électronique pour transmettre des signaux radiofréquence de la première carte de circuit électronique vers la deuxième carte de circuit électronique ou inversement, ledit bâtonnet s'étendant au moins partiellement entre lesdites première et deuxième cartes de circuit électronique et sensiblement parallèlement à ladite entretoise de mise à la masse, la distance entre ledit bâtonnet et ladite entretoise de mise à la masse étant définie pour qu'au moins une portion centrale dudit bâtonnet conducteur soit couplée électriquement à ladite entretoise de mise à la masse. Ainsi, selon des modes de réalisation de l'invention, les deux cartes de circuit électronique sont connectées au moyen d'un bâtonnet conducteur s'étendant à proximité d'une entretoise de mise à la masse. Le bâtonnet conducteur couplé à l'entretoise de mise à la masse se comporte fonctionnellement comme une ligne de transmission au-dessus d'un plan de masse et permet donc de transmettre des signaux radiofréquence entre les lignes de transmission des deux cartes de circuit électronique. La distance entre le bâtonnet et l'entretoise de mise à la masse est très faible, de l'ordre du millimètre. Cette structure permet d'obtenir de très faibles pertes d'insertion et pertes par réflexion (ou return loss selon la terminologie anglo-saxonne) lors de la transmission des signaux radiofréquence d'une carte vers l'autre. Selon un mode de réalisation de l'invention, la forme et les dimensions de la portion centrale du bâtonnet conducteur sont avantageusement définies en fonction de la bande de fréquences des signaux radiofréquence Selon un mode de réalisation particulier, chacune desdites première et deuxième cartes de circuit électronique comprend un support en substrat diélectrique comportant au moins une couche de substrat diélectrique, dite couche d'interconnexion, lesdites première et deuxième lignes de transmission étant chacune agencées sur une face supérieure de ladite couche d'interconnexion et lesdits premier et deuxième plans de masse étant chacun agencés sur une face inférieure de ladite couche d'interconnexion, et chacune des première et deuxième lignes de transmission comporte à une extrémité une pastille conductrice, dite pastille de ligne, ledit bâtonnet étant connecté entre les pastilles de ligne des première et deuxième lignes de transmission.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the invention is to overcome all or some of the aforementioned drawbacks. For this purpose, a first aspect of the invention proposes an interconnection system between a radiofrequency signal transmission line, called a first transmission line, of a first electronic circuit card and a radiofrequency signal transmission line. second transmission line, a second electronic circuit board, said first and second electronic circuit boards being superimposed and separated by an air gap, said first and second electronic circuit boards each comprising a ground plane, respectively called first ground plane and second ground plane, above which said first transmission line and said second transmission line are respectively arranged, characterized in that the interconnection system comprises: - a connecting ground conductor spacer the first plane of mass in the second plane of mass and serving to maintain the blade of air between said first and second electronic circuit boards, and - at least one conducting rod connecting the first transmission line to the second transmission line of the second electronic circuit board for transmitting radio frequency signals of the first electronic circuit board to the second electronic circuit board or vice versa, said rod extending at least partially between said first and second electronic circuit boards and substantially parallel to said grounding strut, the distance between said rod and said strut being the mass being defined so that at least a central portion of said conductive rod is electrically coupled to said grounding strut. Thus, according to embodiments of the invention, the two electronic circuit boards are connected by means of a conductive rod extending close to a grounding spacer. The conductive rod coupled to the grounding spacer functions functionally as a transmission line above a ground plane and thus enables radiofrequency signals to be transmitted between the transmission lines of the two electronic circuit boards. The distance between the rod and the grounding spacer is very small, of the order of one millimeter. This structure makes it possible to obtain very low insertion losses and reflection losses (or return losses according to the English terminology) when radiofrequency signals are transmitted from one card to the other. According to one embodiment of the invention, the shape and the dimensions of the central portion of the conductive rod are advantageously defined as a function of the frequency band of the radio frequency signals According to a particular embodiment, each of said first and second circuit cards electronics comprises a dielectric substrate support having at least one dielectric substrate layer, said interconnection layer, said first and second transmission lines being each arranged on an upper face of said interconnection layer and said first and second ground planes each being arranged on a lower face of said interconnection layer, and each of the first and second transmission lines comprises at one end a conductive pad, called a line patch, said rod being connected between the line pads of the first and second lines of transmission.
Selon un mode de réalisation particulier, l'entretoise de mise à la masse s'étend au moins entre la face supérieure de la couche d'interconnexion de la première carte de circuit électronique et la face supérieure de la couche d'interconnexion de la deuxième carte de circuit électronique et est en contact électrique à chacune de ses extrémités avec une pastille conductrice, dite pastille d'entretoise, réalisée sur ladite face supérieure de la couche d'interconnexion, chacune desdites pastilles d'entretoise étant disposée à proximité d'une pastille de ligne de sorte à être couplée électriquement à ladite pastille de ligne. La distance entre la pastille d'entretoise et la pastille de ligne est de l'ordre de quelques centaines de micromètres. Selon un mode de réalisation particulier, les pastilles de ligne et/ou les pastilles d'entretoise sont de forme sensiblement rectangulaire. Selon un mode de réalisation particulier, le bâtonnet conducteur traverse au moins l'une desdites première et deuxième cartes de circuit électronique via un orifice de passage ménagée dans ladite carte de circuit électronique. Selon un mode de réalisation particulier, le bâtonnet conducteur comprend deux portions d'extrémité de part et d'autre de ladite portion centrale, la section transversale des portions d'extrémité étant inférieure à la section transversale de la portion centrale.According to a particular embodiment, the grounding spacer extends at least between the upper face of the interconnection layer of the first electronic circuit card and the upper face of the interconnection layer of the second electronic circuit board and is in electrical contact at each of its ends with a conductive pad, said spacer pad, made on said upper face of the interconnection layer, each of said spacer pads being disposed near a line pad so as to be electrically coupled to said line pad. The distance between the spacer pad and the pad of the line is of the order of a few hundred micrometers. According to a particular embodiment, the line pads and / or the spacer pads are substantially rectangular in shape. According to a particular embodiment, the conductive rod passes through at least one of said first and second electronic circuit boards via a passage orifice formed in said electronic circuit board. According to a particular embodiment, the conductive rod comprises two end portions on either side of said central portion, the cross section of the end portions being smaller than the cross section of the central portion.
Selon un mode de réalisation particulier, le bâtonnet conducteur présente une forme générale en croix. Selon un mode de réalisation particulier, la portion centrale et les portions d'extrémité du bâtonnet sont 5 rectilignes et s'étendent parallèlement à l'axe principal de l'entretoise de mise à la masse. Selon un mode de réalisation particulier, l'une des deux portions d'extrémité présente une forme générale en L inversé. 10 Un autre aspect de l'invention présente un dispositif électronique comportant un système d'interconnexion selon un mode de réalisation quelconque du premier aspect de l'invention. 15 Selon un mode de réalisation la première carte comporte une carte mère du dispositif et la deuxième carte comporte un module radiofréquence. Par exemple, la première deuxième peut être un module wifi. 20 D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, illustrés par les figures annexées, donnés à titre illustratif. Brève description des figures La figure 1 est une vue schématique en perspective de deux cartes électroniques superposées conforme à l'art antérieur; La figure 2 est une vue schématique montrant la disposition d'entretoises de mise à la masse entre les deux cartes électroniques superposées; La figure 3 est une vue en coupe montrant les couches de substrat diélectrique et les niveaux de métallisation des cartes à interconnecter; La figure 4 est une vue schématique illustrant un premier mode de réalisation du système d'interconnexion de l'invention; La figure 5 est une vue de dessus du système de la figure 4, le support de carte étant transparent; La figure 6 est une vue de coté du système de la figure 4; La figure 7 est une vue isolée en perspective du bâtonnet du système de la figure 4; La figure 8 est un diagramme représentant des courbes illustrant les pertes par réflexion du système d'interconnexion de la figure 4 en fonction d'un paramètre du bâtonnet; La figure 9 est une vue schématique illustrant un deuxième mode de réalisation du système d'interconnexion de l'invention; La figure 10 est une vue de coté du système de la figure 9; et La figure 11 est un diagramme illustrant les pertes par réflexion du système d'interconnexion de la figure 4. Description détaillée de l'invention Le système d'interconnexion selon des modes de réalisation de l'invention est utilisé pour connecter une carte de circuit électronique 2 à une carte de circuit électronique 1, les deux cartes étant superposées et séparées par une lame d'air. Chacune des cartes 1 et 2 comprend une ligne de transmission de signaux radiofréquence placée au-dessus d'un plan de masse.According to a particular embodiment, the conductive rod has a general cross shape. According to a particular embodiment, the central portion and the end portions of the rod are rectilinear and extend parallel to the main axis of the grounding spacer. According to a particular embodiment, one of the two end portions has a general shape in inverted L. Another aspect of the invention is an electronic device having an interconnect system according to any embodiment of the first aspect of the invention. According to one embodiment, the first card comprises a motherboard of the device and the second card comprises a radio frequency module. For example, the first second can be a wifi module. Other advantages may still be apparent to those skilled in the art upon reading the examples below, illustrated by the appended figures, given for illustrative purposes. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a schematic perspective view of two superposed electronic cards according to the prior art; Figure 2 is a schematic view showing the provision of grounding struts between the two superimposed electronic boards; Fig. 3 is a sectional view showing the dielectric substrate layers and the metallization levels of the cards to be interconnected; Figure 4 is a schematic view illustrating a first embodiment of the interconnection system of the invention; Figure 5 is a top view of the system of Figure 4, the card holder being transparent; Figure 6 is a side view of the system of Figure 4; Figure 7 is an isolated perspective view of the rod of the system of Figure 4; Fig. 8 is a diagram showing curves illustrating the reflection losses of the interconnect system of Fig. 4 as a function of a stick parameter; Figure 9 is a schematic view illustrating a second embodiment of the interconnection system of the invention; Figure 10 is a side view of the system of Figure 9; and FIG. 11 is a diagram illustrating reflection losses of the interconnect system of FIG. 4. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The interconnect system according to embodiments of the invention is used to connect a circuit board. 2 to an electronic circuit card 1, the two cards being superimposed and separated by an air knife. Each of the cards 1 and 2 comprises a radiofrequency signal transmission line placed above a ground plane.
Le système d'interconnexion conforme à l'invention sera décrit en référence à deux modes de réalisation. Dans ces deux modes de réalisation, les plans de masse des deux cartes sont reliés entre eux par des entretoises de mise à la masse 30, 31 (ou grounding pillars selon la terminologie anglo-saxonne) en matériau conducteur et de forme générale cylindrique comme illustré à la figure 2. Comme on le verra plus loin, le système de l'invention utilise l'une de ces entretoises de mise à la masse couplée à un bâtonnet conducteur pour le transport des signaux radiofréquence d'une carte vers l'autre. L'ensemble formé des deux cartes comprend avantageusement quatre entretoises de mise à la masse disposées aux quatre coins de la carte la plus petite en surface pour à la fois à relier les plans de masse des deux cartes et maintenir la lame d'air entre les deux cartes. L'épaisseur de la lame d'air est par exemple de 3 mm. D'une manière plus générale, les entretoises de mise à la masse relient tous les plans de masse des deux cartes. Les cartes 1 et 2 sont par ailleurs chacune réalisées sur un support comportant au minimum une couche de substrat diélectrique et deux niveaux de métallisation. Dans les modes de réalisation proposées, les cartes sont réalisées sur un support à 3 couches de substrat diélectrique et 4 niveaux de métallisation. Une vue en coupe d'un tel support est montré à la figure 3. Les couches de substrat diélectrique sont par exemple réalisées avec du substrat FR4 ayant une constante diélectrique égale à 4,4. Le support comporte 3 couches de substrat diélectrique empilées, à savoir une première couche Cl d'une épaisseur de 0,125 mm, une deuxième couche C2 d'une épaisseur de 0,75 mm et une troisième couche C3 d'une épaisseur de 0,125 mm. Le support comporte 4 niveaux de métallisation sur les faces supérieure et inférieure des couches de substrat, référencés de haut en bas, top, innerl, inner2 et bottom. Le premier mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en référence aux figures 4 à 8.The interconnection system according to the invention will be described with reference to two embodiments. In these two embodiments, the ground planes of the two cards are interconnected by grounding struts 30, 31 (or grounding pillars according to the English terminology) of conductive material and of generally cylindrical shape as illustrated. As will be seen below, the system of the invention uses one of these grounding struts coupled to a conductive rod for transporting radiofrequency signals from one card to the other. The assembly formed of the two cards advantageously comprises four grounding spacers disposed at the four corners of the smallest surface card for both connecting the ground planes of the two cards and maintaining the air gap between the two two cards. The thickness of the air gap is for example 3 mm. More generally, the grounding struts connect all the ground planes of the two boards. The cards 1 and 2 are each made on a support comprising at least one layer of dielectric substrate and two levels of metallization. In the proposed embodiments, the cards are made on a support with 3 layers of dielectric substrate and 4 levels of metallization. A sectional view of such a support is shown in Figure 3. The dielectric substrate layers are for example made with FR4 substrate having a dielectric constant equal to 4.4. The support comprises three layers of stacked dielectric substrate, namely a first layer C1 with a thickness of 0.125 mm, a second layer C2 with a thickness of 0.75 mm and a third layer C3 with a thickness of 0.125 mm. The support has 4 levels of metallization on the upper and lower faces of the substrate layers, referenced from top to bottom, top, innerl, inner2 and bottom. The first embodiment of the invention will now be described with reference to FIGS. 4 to 8.
En référence à ces figures, la carte 1 comporte une ligne de transmission ou ligne microruban 20 placée au dessus d'un plan de masse (non visible sur les figures) et la carte 2 comporte une ligne de transmission ou 5 ligne microruban 21 placée au dessus d'un plan de masse. Les lignes de transmission 20 et 21 sont réalisées sur le niveau de métallisation top et les plans de masse sur le niveau de métallisation innerl des cartes. Les lignes de transmission et les plans de 10 masse pourraient bien entendu être réalisés sur d'autres niveaux de métallisation du support. Dans l'exemple illustré, les lignes de transmission 20 et 21 ont une largeur de 0,2 mm et une impédance caractéristique de ligne de 50 ohms. 15 Comme indiqué en référence à la figure 2, les plans de masse sont reliés entre eux par les entretoises de mise à la masse 30, 31. Ces dernières sont disposées dans des orifices de passage (ou through-holes selon la terminologie anglo-saxonne) ménagés dans les deux 20 cartes. Les entretoises de mise à la masse sont avantageusement connectées, à chacune de leurs deux extrémités, à des pastilles d'entretoise 40 (ou pillar pads selon la terminologie anglo-saxonne) en matériau conducteur réalisées sur les niveaux de métallisation 25 top et bottom du support. Les entretoises de mise à la masse sont par exemple soudées par une technique de soudure à la vague aux pastilles d'entretoise. Les entretoises de mise à la masse 30, 31 sont également connectées au plan de masse du niveau de métallisation innerl afin de relier entre eux les plans de masse des deux cartes. Des vias 41 sont également prévus, pour chaque entretoise de mise à la masse, pour relier la pastille d'entretoise du niveau top à celle du niveau bottom, y compris les plans de masse internes innerl et inner2. Selon une particularité importante de l'invention, les lignes de transmission 20 et 21 sont reliées entre elles par un bâtonnet conducteur 50 pour la transmission des signaux radiofréquence entre les deux cartes. Le bâtonnet s'étend à proximité de l'une 31 desdites entretoises de mise à la masse et sensiblement parallèlement à celle-ci. La distance entre le bâtonnet 50 et l'entretoise de mise à la masse 31 est définie pour qu'au moins une portion centrale du bâtonnet soit couplée électriquement à l'entretoise de mise à la masse 31. Cette distance est de l'ordre de 1 à 2mm. Le bâtonnet 50 est disposé entre les deux cartes et ses extrémités inférieure et supérieure sont disposées dans des orifices de passage 51 ménagés dans les deux cartes. Dans l'exemple présenté, le bâtonnet 50 traverse les deux cartes mais il aurait pu ne traverser que la carte de dessus (carte 2) pour relier la ligne de transmission 21 du niveau de métallisation top de la carte 2 à la ligne de transmission 20 du niveau de métallisation top de la carte 1. L'emploi de deux orifices de passage 51 permet d'assembler solidement le bâtonnet aux deux cartes.With reference to these figures, the card 1 comprises a transmission line or microstrip line 20 placed above a ground plane (not visible in the figures) and the card 2 has a transmission line or microstrip line 21 placed at the above a ground plane. The transmission lines 20 and 21 are made on the top metallization level and the ground planes on the metallization level innerl of the cards. The transmission lines and the ground planes could of course be made on other levels of metallization of the support. In the illustrated example, the transmission lines 20 and 21 have a width of 0.2 mm and a line characteristic impedance of 50 ohms. As indicated with reference to FIG. 2, the ground planes are interconnected by the grounding struts 30, 31. The latter are arranged in passage holes (or through-holes according to the English terminology). ) in both cards. The earthing struts are advantageously connected, at each of their two ends, to spacer pads 40 (or pillar pads according to the English terminology) of conductive material made on the top and bottom metallization levels of the support. The grounding struts are, for example, welded by a wave soldering technique with spacer pellets. The grounding struts 30, 31 are also connected to the ground plane of the metallization level innerl in order to connect the ground planes of the two boards. For each grounding strut, vias 41 are also provided to connect the spacer spacer from the top level to the bottom level spacer, including the innerl and inner2 inner ground planes. According to an important feature of the invention, the transmission lines 20 and 21 are interconnected by a conductive rod 50 for transmitting radio frequency signals between the two cards. The rod extends near one of said grounding struts and substantially parallel thereto. The distance between the rod 50 and the grounding strut 31 is defined so that at least one central portion of the rod is electrically coupled to the grounding strut 31. This distance is of the order of 1 to 2mm. The rod 50 is disposed between the two cards and its lower and upper ends are arranged in passage holes 51 formed in the two cards. In the example presented, the rod 50 passes through the two cards but could have crossed only the top card (card 2) to connect the transmission line 21 of the top metallization level of the card 2 to the transmission line 20 the level of metallization top of the card 1. The use of two through holes 51 makes it possible to securely assemble the stick to the two cards.
Pour optimiser le contact entre les lignes de transmission 20, 21 et les extrémités du bâtonnet et faciliter leur connexion, les lignes de transmission 20 et 21 sont avantageusement munies, à leurs extrémités à interconnecter, d'une pastille, dite pastille de ligne 20A et 21A, réalisée dans le même matériau que la ligne. Les pastilles de ligne sont de forme générale carrée ou rectangulaire. Les pastilles de ligne 20A et 21A sont disposées à proximité des pastilles d'entretoise de manière à être couplées électriquement. La distance entre une pastille de ligne et une pastille d'entretoise est de l'ordre de quelques centaines de micromètres. Elle est égale à 0,2 mm dans l'exemple proposé.To optimize the contact between the transmission lines 20, 21 and the ends of the rod and facilitate their connection, the transmission lines 20 and 21 are advantageously provided, at their ends to be interconnected, with a chip, called a line chip 20A, and 21A, made of the same material as the line. The line pellets are generally square or rectangular. The line pads 20A and 21A are disposed near the spacer pads so as to be electrically coupled. The distance between a line pad and a spacer pad is of the order of a few hundred micrometers. It is equal to 0.2 mm in the example proposed.
Dans ce premier mode de réalisation, le bâtonnet 50 présente une forme générale en +, c'est-à-dire qu'il comporte une portion centrale 50A et deux portions d'extrémité 50B et 50C de section transversale réduite par rapport à la section de la portion centrale 50A. La section transversale des portions d'extrémité du bâtonnet est carrée et celle de la portion centrale est rectangulaire. Une vue en perspective de ce bâtonnet est montrée à la figure 7. Le bâtonnet présente deux épaulements 52 au niveau de la transition entre la portion d'extrémité 50B et la portion centrale 50A sur lesquels peut reposer la face inférieure de la carte 2. De même, il présente deux épaulements 52 au niveau de la transition entre la portion centrale 50A et la portion d'extrémité 50C sur lesquels peut reposer la face supérieure de la carte 1.In this first embodiment, the rod 50 has a general shape +, that is to say it has a central portion 50A and two end portions 50B and 50C of reduced cross section relative to the section of the central portion 50A. The cross section of the end portions of the stick is square and that of the central portion is rectangular. A perspective view of this rod is shown in FIG. 7. The rod has two shoulders 52 at the transition between the end portion 50B and the central portion 50A on which the lower face of the card 2 can rest. even, it has two shoulders 52 at the transition between the central portion 50A and the end portion 50C on which can rest the upper face of the card 1.
En référence à la figure 6, le bâtonnet 50 est disposé à une distance d de l'entretoise de mise à la masse 31 autorisant leur couplage électrique comme celle d'une ligne microruban au dessus d'un plan de masse. Cette distance d est comprise entre 1 et 2 mm. Dans l'exemple illustré, la distance d est égale à 1,3mm. La portion centrale 50A du bâtonnet, ayant la plus grande surface en vis-à-vis avec l'entretoise de mise à la masse 31, est la portion du bâtonnet qui est la plus couplée avec celle-ci. La forme et les dimensions de la portion centrale 50A du bâtonnet sont déterminées en fonction de la bande de fréquences des signaux radiofréquence recherchée. Une zone de dégagement 60, ayant une surface supérieure à la section de la portion centrale 50A du bâtonnet, est réalisée dans chacun des niveaux de métallisation innerl, inner2 et bottom pour éviter que le bâtonnet ne soit en contact avec ces niveaux de métallisation. La distance entre la portion centrale 50A du bâtonnet et l'entretoise de mise à la masse 31, la taille de la zone de dégagement 60 ainsi que la forme et les dimensions de la portion centrale 50A du bâtonnet sont optimisées pour réduire au maximum l'inductance parasite créée par le bâtonnet et pour ajuster l'impédance caractéristique de l'interconnexion à 50 ohms dans la bande de fréquences requise.Referring to Figure 6, the rod 50 is disposed at a distance d of the grounding spacer 31 allowing their electrical coupling as that of a microstrip line above a ground plane. This distance d is between 1 and 2 mm. In the illustrated example, the distance d is equal to 1.3 mm. The central portion 50A of the stick, having the largest area facing the grounding spacer 31, is the portion of the rod that is most coupled thereto. The shape and the dimensions of the central portion 50A of the stick are determined according to the frequency band of the radio frequency signals sought. A clearance zone 60, having a surface greater than the section of the central portion 50A of the rod, is formed in each of the metallization levels innerl, inner2 and bottom to prevent the rod from being in contact with these metallization levels. The distance between the central portion 50A of the stick and the grounding spacer 31, the size of the clearance zone 60 and the shape and dimensions of the central portion 50A of the rod are optimized to minimize the parasitic inductance created by the rod and to adjust the characteristic impedance of the 50 ohm interconnection in the required frequency band.
Des simulations ont été réalisées avec ce design de bâtonnet avec le logiciel HFSS. Les pertes par réflexion (ou return loss selon la terminologie anglo-saxonne) sont illustrées à la figure 8. Cette figure 5 montre 3 courbes représentant les pertes par réflexion S(1,1) de l'interconnexion pour trois valeurs de largeur xa de la portion centrale 50A du bâtonnet: xa = 0,8mm, xa = 1,0mm et xa = 1,4mm. Cette figure montre que l'interconnexion proposée est bien adaptée en 10 impédance (dB(S(1,1))<-20 dB) sur une large gamme de fréquences (0-6 GHz). En particulier, la valeur xa = 1,4 mm présente des pertes d'insertion S(1,1) inférieures à -20 dB sur toute la bande de fréquences comprise entre 1 GHz et 6 15 GHz, cette limite supérieure correspondant à la fréquence d'opération maximale utilisée dans les dispositifs radiofréquence actuels avec ou sans fil intégrés dans les décodeurs (set-top-box selon la terminologie anglo-saxonne) ou les passerelles Internet 20 (gateways selon la terminologie anglo-saxonne). En particulier, ce design est tout à fait adapté pour transporter des signaux WiFi de la bande [2,5 GHz - 2,5 GHz] ou de la bande [5,15 GHz - 5,85 GHz]. Un deuxième mode de réalisation du bâtonnet est proposé 25 en référence aux figures 9 à 11. Dans ce mode de réalisation, la ligne de transmission 20 de la carte du dessus 2 avec sa pastille d'extrémité 20A' s'étend jusqu'à un bord de la carte du dessus et le bâtonnet 50' ne traverse pas la carte 2 mais comporte une portion d'extrémité 50B' en forme de L inversé (L ayant subi une rotation de 180°). La jambe horizontale du L inversé repose sur la pastille d'extrémité 20A' de la ligne de transmission 20 alors que l'autre jambe du L s'étend verticalement à l'extérieur de la carte 2 vers la portion centrale 50A'. La portion centrale 50A' se présente sous la forme d'une pastille allongée. Enfin l'autre portion d'extrémité, référencée 50C', est sensiblement identique à la portion d'extrémité 50C du premier mode de réalisation et est connectée de façon identique à celle-ci à la carte 1. La jambe horizontale du L de la portion d'extrémité 50A' est soudée sur la pastille d'extrémité 20A' de la ligne 20. La pastille d'extrémité 20A' présente avantageusement une forme rectangulaire allongée pour augmenter la surface de contact avec la portion d'extrémité 50A'. La forme et les dimensions du bâtonnet et son positionnement à proximité de l'entretoise de mise à la masse 31 contribuent à atténuer la réactance parasite de l'interconnexion entre cartes et à obtenir un système qui est adapté en impédance dans une large bande de fréquences. La figure 13 montre que l'on peut réaliser ainsi une interconnexion ayant des pertes par réflexion inférieure à -20 dB sur une bande de fréquences allant jusqu'à 7 GHz. Dans ce mode de réalisation, la portion d'extrémité 50C' du bâtonnet est inséré dans un orifice de passage de la carte 1. Selon une variante, on supprime cet orifice de passage et on soude directement la portion d'extrémité 50C' à la pastille d'extrémité 20A' de la ligne de transmission 20. Cette variante permet de supprimer les orifices de passage aux deux extrémités du bâtonnet. Des essais ont montré qu'il était important que la portion centrale (50A ou 50A') du bâtonnet soit présente entre les deux cartes pour que les pertes par réflexion (return loss) soient inférieures à -20 dB sur une large bande de fréquences supérieure. En effet, si on fait pivoter de 90° la portion centrale 50B' du second mode de réalisation de sorte que cette portion ne soit plus entre les deux cartes mais s'étende le long d'un bord de la carte 2, les pertes par réflexion (return loss) augmentent dramatiquement au-delà de 2 GHz. En comparaison de l'art antérieur, le système d'interconnexion des modes de réalisation de l'invention est peu onéreux puisqu'il ne nécessite ni connecteur, ni câble coaxial et peut être réalisé avec des éléments, notamment le bâtonnet et les entretoises de mise à la masse, pouvant être produits très facilement en grand nombre et pouvant être assemblés sur les cartes avec des procédés d'emboutissage classiques. Les modes de réalisation décrits ci-dessus ont été donnés à titre d'exemple. Il est évident pour l'homme de l'art qu'ils peuvent être modifiés, notamment quant à la forme et aux dimensions du bâtonnet. La forme et les dimensions et la forme du bâtonnet et son positionnement par rapport à l'entretoise de mise à la masse sont déterminés en fonction de la bande de fréquence des signaux radiofréquence à faire transiter entre les deux cartes. De même, la forme des pastilles de ligne et/ou d'entretoise peut être modifiée. On pourrait notamment prévoir d'utiliser des pastilles d'entretoise circulaires, les pastilles de ligne ayant alors un bord épousant la forme circulaire de la pastille d'entretoise adjacente de manière à garder un écart constant, par exemple 0,2 mm, entre la pastille de ligne et la pastille d'entretoise.15Simulations were performed with this rod design with HFSS software. The loss by reflection (or return loss according to the English terminology) are illustrated in Figure 8. This figure 5 shows 3 curves representing the losses by reflection S (1,1) of the interconnection for three values of width xa of the central portion 50A of the stick: xa = 0.8mm, xa = 1.0mm and xa = 1.4mm. This figure shows that the proposed interconnection is well matched in impedance (dB (S (1,1)) <-20 dB) over a wide range of frequencies (0-6 GHz). In particular, the value xa = 1.4 mm has insertion losses S (1.1) less than -20 dB over the entire frequency band between 1 GHz and 6 15 GHz, this upper limit corresponding to the frequency operating maximum used in current radio frequency devices with wired or wireless integrated decoders (set-top box according to the English terminology) or gateways Internet 20 (gateways according to the English terminology). In particular, this design is well suited for carrying WiFi signals in the [2.5 GHz - 2.5 GHz] or [5.15 GHz - 5.85 GHz] bands. A second embodiment of the stick is proposed with reference to FIGS. 9 to 11. In this embodiment, the transmission line 20 of the top card 2 with its end pad 20A 'extends to a edge of the top map and the rod 50 'does not pass through the card 2 but has an inverted L-shaped end portion 50B' (L rotated 180 °). The horizontal leg of the inverted L rests on the end pad 20A 'of the transmission line 20 while the other leg of the L extends vertically outside the card 2 towards the central portion 50A'. The central portion 50A 'is in the form of an elongate pellet. Finally, the other end portion, referenced 50C ', is substantially identical to the end portion 50C of the first embodiment and is connected in identical manner to the latter at the card 1. The horizontal leg of the L of the end portion 50A 'is welded to the end pad 20A' of the line 20. The end pad 20A 'advantageously has an elongated rectangular shape to increase the contact surface with the end portion 50A'. The shape and dimensions of the rod and its positioning near the grounding spacer 31 help to attenuate the spurious reactance of the interconnection between cards and to obtain a system that is impedance-adapted in a wide frequency band. . Figure 13 shows that an interconnect can be achieved with reflection losses of less than -20 dB over a frequency band of up to 7 GHz. In this embodiment, the end portion 50C 'of the rod is inserted into a passage opening of the card 1. According to one variant, this passage orifice is eliminated and the end portion 50C' is directly welded to the end patch 20A 'of the transmission line 20. This variant eliminates the passage holes at both ends of the stick. Tests have shown that it is important for the central portion (50A or 50A ') of the rod to be present between the two cards in order for the return loss to be less than -20 dB over a wide, higher frequency band. . Indeed, if the central portion 50B 'of the second embodiment is rotated by 90 ° so that this portion is no longer between the two cards but extends along an edge of the card 2, the losses by reflection (return loss) increase dramatically beyond 2 GHz. In comparison with the prior art, the interconnection system of the embodiments of the invention is inexpensive since it requires no connector or coaxial cable and can be made with elements, in particular the rod and the spacers of the invention. grounded, can be produced very easily in large numbers and can be assembled on the cards with conventional stamping processes. The embodiments described above have been given by way of example. It is obvious to those skilled in the art that they can be modified, particularly as to the shape and dimensions of the stick. The shape and dimensions and shape of the rod and its positioning relative to the grounding spacer are determined according to the frequency band of the radio frequency signals to be transmitted between the two cards. Likewise, the shape of the line and / or spacer pads can be modified. In particular, it would be possible to use circular spacer pellets, the line pellets then having an edge matching the circular shape of the adjacent spacer pad so as to keep a constant distance, for example 0.2 mm, between the line pad and spacer pad.15
Claims (11)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| FR1452050A FR3018660A1 (en) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | SYSTEM FOR INTERCONNECTING ELECTRONIC CIRCUIT BOARDS |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR1452050A FR3018660A1 (en) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | SYSTEM FOR INTERCONNECTING ELECTRONIC CIRCUIT BOARDS |
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| FR3018660A1 true FR3018660A1 (en) | 2015-09-18 |
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Family Applications (1)
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| FR1452050A Pending FR3018660A1 (en) | 2014-03-12 | 2014-03-12 | SYSTEM FOR INTERCONNECTING ELECTRONIC CIRCUIT BOARDS |
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| FR (1) | FR3018660A1 (en) |
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