CA2333431A1 - Procede de fabrication d'un dispositif electronique portable comportant au moins une puce de circuit integre - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un dispositif électronique, tel qu'une carte à puce, comprenant au moins une puce de circu it intégré (200), qui est logée dans une cavité (120) du corps de carte (100). La puce (200) est connectée, par l'intermédiaire de pistes conductrices (112), à des éléments d'interface (110). La cavité (120) présente des parois inclinée s. Les pistes conductrices (112) et les éléments d'interface (110) forment un motif qui est obtenu par impression d'encre conductrice en trois dimensions. Le motif s'étend de la surface du support de carte (100), le long des parois inclinées de la cavité (120) jusque dans le fond de celle-ci. Ce procédé permet d'augmenter la cadence de fabrication des cartes à puce et de réduire leur prix de revient.
Description
WO 99/62028 . PCT/FR99/01232 PROCÉDÉ DE FABRICA'PION D'UN DISPOSITIF ÉLECTRONIQUE
PORTABLE COMPORTANT AU MOINS UNE PUCE DE CIRCUIT
INTÉGRÉ
La prêsente invention concerne la fabrication d'un dispositif électronique portable, comportant au moins une puce de circuit: intégré qui est noyée dans un support et électriquement reliée à des éléments d'interface constitués par un bornier de connexion et/ou une antenne. Ces dispositifs électroniques portables constituent par exemple des cartes à puce avec et/ou sans contact ou encore des étiquettes électroniques.
l0 Les cartes à puce avec et/ou sans contact sont destinées â la réalisation de diverses opérations, telles que, par exemple, des opérations bancaires, des communications téléphoniques, diverses opérations d'identification, ou des opérations de type 1:~ télébillétique.
Les cartes à contact comportent des métallisations affleurant la surface de la carte, disposées à un endroit précis du corps de carte; dëfini par la norme usuelle ISO 7816. Ces métallisations sont destinées à
20 venir au contact d' une tête de lecture d' un lecteur en vue d'une transmission électrique de donnêes.
Les cartes sans contact, quant à elles, comportent une antenne qui permet d'échanger des informations avec l'extérieur grâce à un couplage électromagnétique entre
PORTABLE COMPORTANT AU MOINS UNE PUCE DE CIRCUIT
INTÉGRÉ
La prêsente invention concerne la fabrication d'un dispositif électronique portable, comportant au moins une puce de circuit: intégré qui est noyée dans un support et électriquement reliée à des éléments d'interface constitués par un bornier de connexion et/ou une antenne. Ces dispositifs électroniques portables constituent par exemple des cartes à puce avec et/ou sans contact ou encore des étiquettes électroniques.
l0 Les cartes à puce avec et/ou sans contact sont destinées â la réalisation de diverses opérations, telles que, par exemple, des opérations bancaires, des communications téléphoniques, diverses opérations d'identification, ou des opérations de type 1:~ télébillétique.
Les cartes à contact comportent des métallisations affleurant la surface de la carte, disposées à un endroit précis du corps de carte; dëfini par la norme usuelle ISO 7816. Ces métallisations sont destinées à
20 venir au contact d' une tête de lecture d' un lecteur en vue d'une transmission électrique de donnêes.
Les cartes sans contact, quant à elles, comportent une antenne qui permet d'échanger des informations avec l'extérieur grâce à un couplage électromagnétique entre
2!5 l'électronique de la carte et un appareil récepteur ou lecteur. Ce couplage est réalisé en mode lecture ou en mode lecture/écriture et la transmission des donnëes s'effectue par radiofréquence ou hyperfréquence.
I1 existe êgalement des cartes hybrides
I1 existe êgalement des cartes hybrides
3~) ("combicards") comportant à la foi" des métallisations affleurant la surface de la carte et une antenne noyée dans le corps de c<~rte. Ce type de carte peut donc échanger des données. avec l'extérieur soit en mode à
contacts, soit en mode sans contact.
Telles qu'elles sont réalisées actuellement, les cartes sans contact sont, de même que les cartes à
contacts, des objets portables de faible épaisseur dont les dimensions sont normalisées. La norme usuelle ISo 7810 correspond à une: carte de format standard de 85 mm de longueur, de 54 mm de largeur et de 0,7G mm d'épaisseur.
La majorité des procédés de fabrication de cartes à
puce est basée sur l'assemblage de la puce de circuit intégré dans un sous-ensemble appelé micromodule qui 1~5 est ensuite encarté en utili~~ant des procédés traditionnels.
Un procédë classique, illustré sur la figure 1, consiste à coller une puce de circuit intégré 20 en disposant sa face active avec ses plots de contact 22 vers le haut, et en collant Ia face opposée sur une feuille support diélectrique 28. La feuille diélectrique 28 est elle-même disposée sur une grille de contacts 24 d'une plaque métallique en cuivre nickelë et doré. Des puits de connexion 21 sont pratiqués dans la feuille diélectrique 28 et des fils de connexion 26 relient les plots de contact 22 de la puce 20 aux plages de contacts de la grille 24 par l'intermédiaire de sE_s puits de connexion 21. Enfin, une résine d'encapsulation 30, à base d'époxy, protège la puce 20 et les fils de connexion 26 soudés. Le module est ensuite dêcoupé puis encarté dans la cavité
d'un corps de carte préalablement décoré.
Ce procédé présente cependant l'inconvénient d'être coûteux. En effet, étant donné que le micromodule est fabriqué séparément du support de carte, les étapes de fabrication d'une carte à puce sont très nombreuses et contribuent à accroître le coût de fabrication. De plus, la plaque support métallique en elle-même reste un élément très cher car la connexion, par fils notamment, nécessite des métallisations en nickel et or.
La présente invE:ntion a donc pour but de supprimer les étapes intermédiaires de fabrication d'un 7.0 micromodule de maniere à augmenter le rendement et à
réduire le coût de fabrication.
Des procédés d<~ fabrication de cartes à puce, sans étape intermédiaire de réalisation d'un micromodule, ont déjà été étudiés. Une première solution, décrite J.5 dans les demandes de brevet FR2671416, FR2671417 et ER
2671418, consiste à encarter une puce de circuit intégré directement .dans un corps de carte. Pour cela, le support de carte est localement: ramolli et la puce est pressëe dans la zone ramollie. Aucune cavité n'est 20 donc pratiquée dans le corps de carte. Une carte obtenue selon cette technologie est schématisée en vue de dessus sur la ffigure 2. La puée 20 est disposée de telle sorte que ses plots de cont<~ct 22 affleurent la surface de la carte 10. Des opêrations de sérigraphie a;5 permettent ensuite d'imprimer, sur un même plan, des plages de contact 25 et des pistes conductrices 27 permettant de relier Les plages de contact 25 aux plots de contact 22 de la puce 20. Un vernis de protection est ensuite appliqué sur la puce 20.
a0 Cette première' solution présente cependant plusieurs inconvénients. Tout d'abord, étant donné
qu'aucune cavité n 'est pratiquée dans le support de carte, ce procédé ne peut êtré adapté qu'à des puces de très petites dimensions. De plus, l'opération de
contacts, soit en mode sans contact.
Telles qu'elles sont réalisées actuellement, les cartes sans contact sont, de même que les cartes à
contacts, des objets portables de faible épaisseur dont les dimensions sont normalisées. La norme usuelle ISo 7810 correspond à une: carte de format standard de 85 mm de longueur, de 54 mm de largeur et de 0,7G mm d'épaisseur.
La majorité des procédés de fabrication de cartes à
puce est basée sur l'assemblage de la puce de circuit intégré dans un sous-ensemble appelé micromodule qui 1~5 est ensuite encarté en utili~~ant des procédés traditionnels.
Un procédë classique, illustré sur la figure 1, consiste à coller une puce de circuit intégré 20 en disposant sa face active avec ses plots de contact 22 vers le haut, et en collant Ia face opposée sur une feuille support diélectrique 28. La feuille diélectrique 28 est elle-même disposée sur une grille de contacts 24 d'une plaque métallique en cuivre nickelë et doré. Des puits de connexion 21 sont pratiqués dans la feuille diélectrique 28 et des fils de connexion 26 relient les plots de contact 22 de la puce 20 aux plages de contacts de la grille 24 par l'intermédiaire de sE_s puits de connexion 21. Enfin, une résine d'encapsulation 30, à base d'époxy, protège la puce 20 et les fils de connexion 26 soudés. Le module est ensuite dêcoupé puis encarté dans la cavité
d'un corps de carte préalablement décoré.
Ce procédé présente cependant l'inconvénient d'être coûteux. En effet, étant donné que le micromodule est fabriqué séparément du support de carte, les étapes de fabrication d'une carte à puce sont très nombreuses et contribuent à accroître le coût de fabrication. De plus, la plaque support métallique en elle-même reste un élément très cher car la connexion, par fils notamment, nécessite des métallisations en nickel et or.
La présente invE:ntion a donc pour but de supprimer les étapes intermédiaires de fabrication d'un 7.0 micromodule de maniere à augmenter le rendement et à
réduire le coût de fabrication.
Des procédés d<~ fabrication de cartes à puce, sans étape intermédiaire de réalisation d'un micromodule, ont déjà été étudiés. Une première solution, décrite J.5 dans les demandes de brevet FR2671416, FR2671417 et ER
2671418, consiste à encarter une puce de circuit intégré directement .dans un corps de carte. Pour cela, le support de carte est localement: ramolli et la puce est pressëe dans la zone ramollie. Aucune cavité n'est 20 donc pratiquée dans le corps de carte. Une carte obtenue selon cette technologie est schématisée en vue de dessus sur la ffigure 2. La puée 20 est disposée de telle sorte que ses plots de cont<~ct 22 affleurent la surface de la carte 10. Des opêrations de sérigraphie a;5 permettent ensuite d'imprimer, sur un même plan, des plages de contact 25 et des pistes conductrices 27 permettant de relier Les plages de contact 25 aux plots de contact 22 de la puce 20. Un vernis de protection est ensuite appliqué sur la puce 20.
a0 Cette première' solution présente cependant plusieurs inconvénients. Tout d'abord, étant donné
qu'aucune cavité n 'est pratiquée dans le support de carte, ce procédé ne peut êtré adapté qu'à des puces de très petites dimensions. De plus, l'opération de
4 sérigraphie des pla<~es de contacts 25 et des pistes d'interconnexion 27 est délicate à mettre en oeuvre car le positionnement cles pistes 27 sur les plots de contact 22 de la puce 20 nécessite une très grande précision d'indexation qui doit être contrôlée par VAO
(Vision Assistêe par Ordinateur). Cette contrainte nuit à la cadence et au rendement du procédé de fabrication.
La puce doit par ailleurs être parfaitement positionnée, pour qu.e ses plots de contact 22 soient disposés parallèlement aux bords latéraux de la carte, afin de pouvoir réaliser les plages de contact 25 parallèles aux bords latéraux de la carte. Or, la puce étant disposée dans une zone localement ramollie, il n'est pas facile de La positionner correctement, et les cartes à puce dont les plages de contact sont disposées légèrement de biais sont destinées au rebut.
Ce procédé est par conséquent trop délicat à mettre en oeuvre pour ~~tre adapté à une production industrielle. De plus, le pourcentage de cartes destinées au rebut reste important si bien que le coüt de fabrication est très élevé.
üne autre solution ayant été envisagée utilise la technologie "Chrysalide". Cette technologie repose sur l'application de pistes électriquement conductrices par un procédé de type MID ("Moulded Interconnection Device" en littérature anglo-s,axonne). Plûsieurs procédés associés à cette technologie ont déjà fait l'objet de dépôts de demandes de brevet. Les demandes de brevet EP-A-0 '753 827, EP-A-0 688 050, et EP -A-0 688 051, notamment, décrivent des procédés de fabrication et d'a~;semblage d'una_ carte à circuit intëgré. La carte comporte un logement pour recevoir le circuit intégré, et des pistes électriquement conductrices sont disposées contre le fond et les paroïs latérales du logement et ont reliées à des plages métalliques de contact formées sur la surface du support de carte.
L'application des pistes conductrices dans le
(Vision Assistêe par Ordinateur). Cette contrainte nuit à la cadence et au rendement du procédé de fabrication.
La puce doit par ailleurs être parfaitement positionnée, pour qu.e ses plots de contact 22 soient disposés parallèlement aux bords latéraux de la carte, afin de pouvoir réaliser les plages de contact 25 parallèles aux bords latéraux de la carte. Or, la puce étant disposée dans une zone localement ramollie, il n'est pas facile de La positionner correctement, et les cartes à puce dont les plages de contact sont disposées légèrement de biais sont destinées au rebut.
Ce procédé est par conséquent trop délicat à mettre en oeuvre pour ~~tre adapté à une production industrielle. De plus, le pourcentage de cartes destinées au rebut reste important si bien que le coüt de fabrication est très élevé.
üne autre solution ayant été envisagée utilise la technologie "Chrysalide". Cette technologie repose sur l'application de pistes électriquement conductrices par un procédé de type MID ("Moulded Interconnection Device" en littérature anglo-s,axonne). Plûsieurs procédés associés à cette technologie ont déjà fait l'objet de dépôts de demandes de brevet. Les demandes de brevet EP-A-0 '753 827, EP-A-0 688 050, et EP -A-0 688 051, notamment, décrivent des procédés de fabrication et d'a~;semblage d'una_ carte à circuit intëgré. La carte comporte un logement pour recevoir le circuit intégré, et des pistes électriquement conductrices sont disposées contre le fond et les paroïs latérales du logement et ont reliées à des plages métalliques de contact formées sur la surface du support de carte.
L'application des pistes conductrices dans le
5 logement peut étre~ effectuée de trois manières différentes.
Une première manière consiste à réaliser de l'estampage â chaud. Pour cela, une feuille comportant des métallisation: en cuivre, recouvertes éventuellement d'étain ou de nickel, et munie d'une colle activable à chaud, est dëcoupée puis collée à
chaud dans le logement.
Une deuxième manière consiste à appliquer, au moyen d'un tampon, une laque contenant un catalyseur au Palladium, aux endroits destinés à être métallisés; à
chauffer la laque; puis à réaliser une métallisation, par dépôt de cuivre et/ou de nickel, en utilisant un procédé électrochimique d'autocatalyse.
Une troisième manïére consi~>te à réaliser une lithogravure â partir d'hologrammes laser. Cette lithogravure permet. de réaliser des dépôts de mêtallisations en trois dimensions avec une très grande précision et une haute résolution.
Tous ces procédés d'application de métallisations sont cependant complexes à mettre en oeuvre et donc coûteux. Ils néces;~i_tent souvent l'utilisation d'un outillage spécifique et de plusieurs étapes supplémentaires. Or_, le but de 7.'invention étant de supprimer des étape~~ de fabrication du micromodule, ce n'est pas pour en rajouter d'autres au moment de l'application des pistes conductrices.
De plus, les métallisations étant réalisées en cuivre et/ou en n~_ckel, elles restent coûteuses et contribuent à augmenter le prix de revient des cartes.
Une première manière consiste à réaliser de l'estampage â chaud. Pour cela, une feuille comportant des métallisation: en cuivre, recouvertes éventuellement d'étain ou de nickel, et munie d'une colle activable à chaud, est dëcoupée puis collée à
chaud dans le logement.
Une deuxième manière consiste à appliquer, au moyen d'un tampon, une laque contenant un catalyseur au Palladium, aux endroits destinés à être métallisés; à
chauffer la laque; puis à réaliser une métallisation, par dépôt de cuivre et/ou de nickel, en utilisant un procédé électrochimique d'autocatalyse.
Une troisième manïére consi~>te à réaliser une lithogravure â partir d'hologrammes laser. Cette lithogravure permet. de réaliser des dépôts de mêtallisations en trois dimensions avec une très grande précision et une haute résolution.
Tous ces procédés d'application de métallisations sont cependant complexes à mettre en oeuvre et donc coûteux. Ils néces;~i_tent souvent l'utilisation d'un outillage spécifique et de plusieurs étapes supplémentaires. Or_, le but de 7.'invention étant de supprimer des étape~~ de fabrication du micromodule, ce n'est pas pour en rajouter d'autres au moment de l'application des pistes conductrices.
De plus, les métallisations étant réalisées en cuivre et/ou en n~_ckel, elles restent coûteuses et contribuent à augmenter le prix de revient des cartes.
6 La technologie "Chrysalide" fait donc appel à des procédés trop complexes, coûteux et nuisibles au rendement de fabrication, pour êi~re adaptée à une production industrielle en grande masse.
Pour pallier les inconvénients précités, l'invention propose un procédé de fabrication d'un dispositif électronique portable, tel qu'une carte â
puce, selon lequel les étapes de fabrication d'un micromodule sont supprimées. Pour cela, des pistes 1C1 conductrices et des éléments d'interface sont réalisés par impression, en trois dimensions, d'une substance conductrice. La puce c~st ensuite connectée aux éléments d'interface, par l'intermédiaire des pistes conductrices.
lai L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif électronique, tel qu'une carte à puce, comprenant: au moins une puce de circuit intégré qui est noyée dans un support de carte et qui comporte des plots de contact reliés, par 20 l'intermédiaire de pistes conductrices, â des éléments d'interface constitués par un bornier de connexion et/ou une antenne, caractérisé en ce qu'il consiste â .
- réaliser, dans, le support carte, une cavité
présentant des parois inclinées, 2'S - rëaliser une impression d'encre conductrice, en trois dimensions, pour former un motif comprenânt les éléments d'interface et les pistes conductrices, ledit motif s' étendant de l.a surface du support de carte, le long des parois inclinées de la cavité jusque dans le 30 fond de celle-ci, - reporter et connecter la puce dans le fond de la cavité, - enrober la puce dans une résine de protection.
Pour pallier les inconvénients précités, l'invention propose un procédé de fabrication d'un dispositif électronique portable, tel qu'une carte â
puce, selon lequel les étapes de fabrication d'un micromodule sont supprimées. Pour cela, des pistes 1C1 conductrices et des éléments d'interface sont réalisés par impression, en trois dimensions, d'une substance conductrice. La puce c~st ensuite connectée aux éléments d'interface, par l'intermédiaire des pistes conductrices.
lai L'invention a plus particulièrement pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif électronique, tel qu'une carte à puce, comprenant: au moins une puce de circuit intégré qui est noyée dans un support de carte et qui comporte des plots de contact reliés, par 20 l'intermédiaire de pistes conductrices, â des éléments d'interface constitués par un bornier de connexion et/ou une antenne, caractérisé en ce qu'il consiste â .
- réaliser, dans, le support carte, une cavité
présentant des parois inclinées, 2'S - rëaliser une impression d'encre conductrice, en trois dimensions, pour former un motif comprenânt les éléments d'interface et les pistes conductrices, ledit motif s' étendant de l.a surface du support de carte, le long des parois inclinées de la cavité jusque dans le 30 fond de celle-ci, - reporter et connecter la puce dans le fond de la cavité, - enrober la puce dans une résine de protection.
7 La forme de la cavité à parois inclinées permet de faciliter le dépôt d'encre conductrice par une technique d'impression. De plus, L'encre conductrice présente un coût avantageux par rapport au cuivre ou au nickel utilisés dans le cas de dépôt. de métallisations.
Par ailleurs, les élë.ments d'interface étant imprimés, ils présentent une épaisseur négligeable.
Le procëdë selon l'invention présente en outre l'avantage d'être rapide et peu coüteux. Cet avantage 1G est notamment dû au Fait que les éléments d'interface ainsi que les pistes conductrices sont formës en une seule étape consistant en une technique simple d'impression d'encre conductrice.
D'autres particularités et avant=ages de l'invention apparaîtront à la 1_ecture de la description donnée â
titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en référence aux figures annexées qui représentent .
- la figure 1, déjâ décrite, un schéma en section 2C) transversale qui illustre un procédé traditionnel de fabrication de carte â puce à contacts, - la figure 2, di~jà décrite, un schéma en vue de dessus, d'une carte à puce fabriquée selon une technologie connue, - la figure 3, un schéma d'une Carte à puce à
contacts obtenue selon un procédé de l'invention;
- les figures 4A et 4B, respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'une carte à puce à
contacts selon l'invention, dans laquelle la puce est 3n reportée selon un montage "flip chie", - les figures 5A et 5B, respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'une carte à puce à
contacts selon l'invention, dans laquelle la puce est reportée selon un autre type de montage,
Par ailleurs, les élë.ments d'interface étant imprimés, ils présentent une épaisseur négligeable.
Le procëdë selon l'invention présente en outre l'avantage d'être rapide et peu coüteux. Cet avantage 1G est notamment dû au Fait que les éléments d'interface ainsi que les pistes conductrices sont formës en une seule étape consistant en une technique simple d'impression d'encre conductrice.
D'autres particularités et avant=ages de l'invention apparaîtront à la 1_ecture de la description donnée â
titre d'exemple illustratif et non limitatif, et faite en référence aux figures annexées qui représentent .
- la figure 1, déjâ décrite, un schéma en section 2C) transversale qui illustre un procédé traditionnel de fabrication de carte â puce à contacts, - la figure 2, di~jà décrite, un schéma en vue de dessus, d'une carte à puce fabriquée selon une technologie connue, - la figure 3, un schéma d'une Carte à puce à
contacts obtenue selon un procédé de l'invention;
- les figures 4A et 4B, respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'une carte à puce à
contacts selon l'invention, dans laquelle la puce est 3n reportée selon un montage "flip chie", - les figures 5A et 5B, respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'une carte à puce à
contacts selon l'invention, dans laquelle la puce est reportée selon un autre type de montage,
8 PCT/FR99/01232 les figures 5C et 5D, deux vues de dessus d'une carte à puce à contacts selon l'invention, dans laquelle la puce e.st respectivement reportée puis connectée selon un autre type de montage, - les figures 6A et GB, respectivement une vue de dessus de deux étiquettes électroniques au cours de leur fabrication, - les figures 7A et 78, une vue de dessus de deux cartes hybrides, réalisées selon le procédé de l'invention.
La figure 3 schématise une carte à puce à contacts obtenue selon un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention.. Le corps de carte, référencé 100, est obtenu selon un procédé classique de fabrication, par exemple par injection de matière plastique dans un moule. Ce support de carte 100 comporte, à un emplacement défini par la norme ISO, un élément d'interface constituë~, dans l'exemple de la figure 3, par un bornier de connexions 110 muni de plages de contact 111 affleurant la surface. Ces plages de contact 111 sont positionnées autovur d'une cavité 120 pratiquée dans le corps de carte. Cette cavité est pratiquée soit par fraisage, soit lors de l'injection de la carte, ce qu.i est plus économique. Elle est de préférence circulaire et prêsente d~~s parois inclinées.
Cependant, elle peut tout aussi bien être rectangulaire, losangique ou octogonale etc. Des pistes conductrices 112, rattachées aux plages de contact 111, tapissent par ailleurs le fond et. les parois de l.a cavité I20.
En fait, les plages de contact 111 et les pistes conductrices 112 forment un seul motif obtenu en une seule étape, par impression, en trois dimensions,
La figure 3 schématise une carte à puce à contacts obtenue selon un mode de réalisation d'un procédé selon l'invention.. Le corps de carte, référencé 100, est obtenu selon un procédé classique de fabrication, par exemple par injection de matière plastique dans un moule. Ce support de carte 100 comporte, à un emplacement défini par la norme ISO, un élément d'interface constituë~, dans l'exemple de la figure 3, par un bornier de connexions 110 muni de plages de contact 111 affleurant la surface. Ces plages de contact 111 sont positionnées autovur d'une cavité 120 pratiquée dans le corps de carte. Cette cavité est pratiquée soit par fraisage, soit lors de l'injection de la carte, ce qu.i est plus économique. Elle est de préférence circulaire et prêsente d~~s parois inclinées.
Cependant, elle peut tout aussi bien être rectangulaire, losangique ou octogonale etc. Des pistes conductrices 112, rattachées aux plages de contact 111, tapissent par ailleurs le fond et. les parois de l.a cavité I20.
En fait, les plages de contact 111 et les pistes conductrices 112 forment un seul motif obtenu en une seule étape, par impression, en trois dimensions,
9 d'encre conductrice. Ainsi, les p)_ages de contact 111 sont constituées d'encre conductrice, déposée par impression sur la surface 100 de la carte, et se prolongent par des pistes conductrices 112, le long des parois inclinées de la cavité, jusque dans le fond de celle-ci.
La forme inclinée de la cavité 120 est importante car elle permet de faciliter L'impression d'encre conductrice. Dans l'Exemple schématisé sur la figure 3, 1.0 la cavité possède deux plans . )_e premier plan est horizontal et défini à l'intérieur d'un premier cercle 121 formant le fond de la cavité; le deuxième plan, formant les parois de la cavité 120, est incliné et défini à l'intérieur d'un deuxième cercle 122. La 1.5 profondeur de la cavité doit être suffisamment faible pour faciliter l'impression du motif. Ainsi, elle est de préférence comprise entre 100 et 600 ~cm, par exemple de l'ordre de 300 ~,m.
La cavité peut cependant être d.e toute autre forme, 20 par exemple rectangulaire, losangique ou octogonale.
Une puce de circuit intégrë 200 est reportée dans le fond de la cavïté 120 ~et connectée, par l'intermédiaire des pistes conductrices 112, aux plages de contact 111.
L'impression, en trois dimensions, -d'encre conductrice pour former l'élément d'interface 110 et les pistes conductrices 112 peut être réalisée selon différentes techniques.
Dans un premier mode de réalisation, l'impression d'encre conductrice est obtenue p<~r une technique de tampographie. Pour cela, un tampon encreur permet de reporter l'encre conductrice, selon le motif désiré, sur la surface de la carte et dans )_a cavité.
De préférence, le tampon esi~ réalisé en matiëre déformable, par exemple en matière silicone, afin de s'adapter à la forme de la cavité. En fait, la forme et la matière du tampon sont définies en fonction non 5 seulement de la forme de la cavité mais aussi de la résolution souhaitée pour le motif à imprimer.
Cette technique peut être misa en oeuvre soit avec un tampon â déplacE=_ment vertical vers la carte, soit avec un tampon rotatif.
La forme inclinée de la cavité 120 est importante car elle permet de faciliter L'impression d'encre conductrice. Dans l'Exemple schématisé sur la figure 3, 1.0 la cavité possède deux plans . )_e premier plan est horizontal et défini à l'intérieur d'un premier cercle 121 formant le fond de la cavité; le deuxième plan, formant les parois de la cavité 120, est incliné et défini à l'intérieur d'un deuxième cercle 122. La 1.5 profondeur de la cavité doit être suffisamment faible pour faciliter l'impression du motif. Ainsi, elle est de préférence comprise entre 100 et 600 ~cm, par exemple de l'ordre de 300 ~,m.
La cavité peut cependant être d.e toute autre forme, 20 par exemple rectangulaire, losangique ou octogonale.
Une puce de circuit intégrë 200 est reportée dans le fond de la cavïté 120 ~et connectée, par l'intermédiaire des pistes conductrices 112, aux plages de contact 111.
L'impression, en trois dimensions, -d'encre conductrice pour former l'élément d'interface 110 et les pistes conductrices 112 peut être réalisée selon différentes techniques.
Dans un premier mode de réalisation, l'impression d'encre conductrice est obtenue p<~r une technique de tampographie. Pour cela, un tampon encreur permet de reporter l'encre conductrice, selon le motif désiré, sur la surface de la carte et dans )_a cavité.
De préférence, le tampon esi~ réalisé en matiëre déformable, par exemple en matière silicone, afin de s'adapter à la forme de la cavité. En fait, la forme et la matière du tampon sont définies en fonction non 5 seulement de la forme de la cavité mais aussi de la résolution souhaitée pour le motif à imprimer.
Cette technique peut être misa en oeuvre soit avec un tampon â déplacE=_ment vertical vers la carte, soit avec un tampon rotatif.
10 Dans un deuxiérrne mode de réalisation, l'impression d'encre conductrice est obtenue par une technique d'impression offset utilisant un rouleau compressible et de faible dureté de type blanchet pour le transfert de l'encre sur la carte.
Excepté les contraintes sur le rouleau de type blanchet, le reste des paramètres d'impression est similaire aux tE=c:hniques classiques d'impression, c'est-à-dire l'utilisation d'un encrier, d'une plaque polymère ou métallique, comportant le motif à impr:Lmer creux ou en relief, et d'un rouleau de transfert d'encre.
Dans les deus; techniques de tampographie et d'impression offset la profondeur de la cavité ne doit pas être trop importante en regard de la souplesse du rouleau ou du tampon utilisé. Typiquement, la profondeur de la cavité est comprise entre 100 ~m et 600 gym.
Un troisième mode de réalisation, pour l'impression d'encre conductrice en trois dimensions, consiste à
utiliser une technique d'impression par jet d'encre.
Traditionnellement, la technique d'impression par jet d'encre peut étre réalisée de deux manières diffêrentes et bien connues . soit par une méthode dite de goutte à
la demande, soit par jet d'encre continu dévié.
ll Cette dernière technique d'impression par jet d'encre consiste à projeter des gouttes chargées en électricité statique suivant une trajectoire définie.
Au cours de l'impress.ion, la trajectoire de ces gouttes peut être modifiée en appliquant une polarisation différente à des plaques de déviation.
Afin de pouvoir réaliser une impression en troïs dimensions de bonne qualité et imprimer correctement le motif comprenant des éléments d'interface et des pistes l0 conductrices, la cavité ne doit pas comporter de plan proche de la vert:.icale, mais uniquement des plans horizontaux ou inclinés selon un angle d'inclinaison compris entre 5 et 30°, de préférence entre 15 et 20°.
Grâce à ces techniques d'impression d'encre conductrice en tro.i,s dimensions, il est possible d' imprimer, en une saule étape, à aa fois des éléments d'interface constitués par un bornier de connexion et/ou une antenne, et: des pistes conductrices destinées à permettre la connexion de la puce. Dans ce cas, les éléments d'interface et les pistes conductrices forment un seul et même motif.
Les différente:, techniques d'impression permettant d'utiliser différent:es sortes d'encre conductrice.
Ainsi, l'encre conductrice peut être constituée par une encre â solvant, comportant une résine polymère solubilisée dans un solvant avec des -charges conductrices (particules métalliques), qui durcie par évaporation du solvant. L'encre peut en outre être une encre thermodurcissable mono- ou bicomposant, une encre à polymérisation sou; rayonnement UV, un composé de type pâte ~ braser c:>u encore un alliage métallique.
La puce peut, qu<~nt à elle, être reportée au fond de la cavité selon trois types de montage différents.
l7 Une premiêre méthode consiste à reporter la puce selon un montage de type "flip chip". Ce type de montage est déjà bien connu et il est représenté :pur les schémas en vue de dessus et en coupe des figures 4A
et 4B. Sur la figure 48, les plages de contact 111 du bornier de connexion 110 et les pistes conductrices :112 sont représentées par un trait épais noir pour faciliter la compréhension. Mais, étant donné qu'elles sont obtenues par impression d'encre conductrice, lE:ur l0 épaisseur est en rÉ:alité négligeable. Le report de la puce est effectué en la retournant, la face active comportant les plot.~> de contact 220 orientés vers le fond de la cavité 120. La puce 200 est ensu_Lte connectée en appliquant ses plot~~ de contact 220 sur les plages conductrices 112 préalablement imprimées, sans utilisation de fils conducteurs. Dans ce cas '.Les pistes d'interconnexion 112 doivent être imprimées avec précision et elle~> sont amenées jusqu'à l'emplacement exact des plots dE=_ contact 220 de 7.a puce 200 de circuit intégré.
Dans l'exemple illustré sur l.a figure 4B, la puce 200 est connectée aux pistes conductrices 112 au moyen d'une celle 350 à conduction électrique anisotrope bien connue et souvent: utilisée pour le montage de composants passifs en surface. Cette colle 350 contient en fait des part:ïcules conductrices élasti:quement déformables, qui permettent d'établir une conduct_Lon électrique suivant l'axe z (c'est à dire suivi nt l'épaisseur) lorsqu'elles sont pressées entre les plots de contact 220 et les pistes conductrices 112, tout en assurant une isolai=ion suivant les autres directions (x, Y)~
Dans une varia nte de réalisation, la connexion électrique peut être établie au moyen de protubérances formées par un adhésif conducteur, préalablement déposé
sur les plots de contact 220 de la puce et réactivé à
chaud lors du report de la puce.
Une autre façon d'êtablir la connexion électrique entre la puce 200 et les pistes conductrices 1:L2 consiste à réaliser, ;pur les plots de contact 220 de :La puce 200, des bossagE~s en matëriau conducteur, destinës à améliorer le contact électrique, puis à appliquer :La puce sur le mot u:' préalablement imprimé, avant la polymérisation compléte de l'encre conductrice utilisëe pour l'impression du motif. La fixation et la connexion de la puce s'effectuent alors simultanément, au cours de la polymérisation de l'encre conductrice du motif imprimé.
Enfin, dans le cas où les pistes conductrices 17_2 sont réalisées par impression par jet d'encre, d'un alliage métallique, :i.l est envisageable de fixer et de connecter la puce en une seule étape de soudage. Pour cela, des bossages en alliage mëtallique à bas point de fusion sont rêalisës sur les plots de contact 220 de l.a puce 200 et sont refondus au moment du report de l.a puce afin de les souder aux pistes conductrices I12.
Une dernière étape de la fabrication de la carte à
puce à contacts affleurant illustrf~e sur la figure 4B
consiste ensuite à enrober la puce d'une résine de protection 300. Pour cela, une goutte de rêsine e~>t déposée dans la cavitë 120. De plus, pour obtenir une surface externe plane, on utilise de préférence une résine de très faible viscosité. Par ailleurs lorsqu'une colle conductrice est utilisée pour l.e report de la puce, 1a résine de protection doit être choisie de façon à ce qu'elle soit compatible avec cette colle.
l4 Une deuxiëme méthode pour effectuer le report de la puce consiste à coller la puce â l'endroit avec sa face active, comportant les plots de contact, orientée vers le haut, c'est-à-dire vers l'ouverture de la cavité
120. Ce type de moisi=age est illustré par les figures 5A
et 5B qui schématisent respectivement une vue de des:~us et une vue en coupe d'une carte à puce â contact affleurant.
Dans ce cas, les pistes d'interconnexion 112 sont amenées â proximité de l'emplacement prévu pour la puce 200. La puce 200 est collée dans le fond de la cavité
120, par la face opposée à la face active, en utilisant une colle 500 isolante. La colle 500 utilisée peut par exemple être un adhésif réticulant sous l'effet d'une exposition à un rayonnement ultra-violet. La cadence de cette opération de collage peut être particulièrems:nt élevée, puisqu'il est possible de coller par exemple cinq à six milles puces à l'heure.
Dans une deuxième étape, on réalise les connexions électriques entre lc~s plots de contact 220 de la puce 200 et les pistes conductrices 112. Ces connexions sont effectuées par dispense d'une résine conductrice 400 sur les plots de cantact 220 de la puce et les pistes de connexion 112. ha résine conductrice 400 peut par exemple être une colle polymérisable chargée en particules conductrices telles que des particules d'argent. Cette deuxième étape de connexion peut être réalisée avec la même cadence élevée qu'à l'étape de collage de la puce. De plus, ces deux étapes de col:Lage et de connexion peuvent être réalisées en utilisant le même équipement.
De la même manière que précédemment décrite, la puce 200 est ensuite enrobée d'une résine de protection 300 qui est déposée dans la cavité 120 et affleure la surface du support de carte 100. cette résine d'encapsulation permet ainsi de protéger la puce de circuit intégré des contraintes climatiques et mécaniques. Elle doit d'autre part être compatible avec 5 la colle isolante 500 et avec la résine conductrice 100 utilisées.
Les f figures 5A et 5B qu i viennent d' être décrii:es schématisent une configuration pour laquelle chaque plage de contact se trouve en face d'un plot de la puce 10 qui lui est associé. En revanche lorsque la puce est montée selon une t.roisiëme méthode consistant en un câblage filaire classique, il faudra utiliser un motif interdigité tel que schématisé sur les figures 5C et 5D
et tel que décrit dans la demande de brevet EP-A-0 ï'53 15 827. Ce motif interdigité permet ainsi d'amener 7.es pistes de connexion 112 de chaque plage de contact 17.1, associée à un plot de contact 220 de la puce 200, à
proximité de ce plot, et d'éviter ainsi un enchevétrement des f.ïls de connexion 2G0. La f figure 5C
représente plus particulièrement le motif interdigi.té
sur lequel une puce 200 est reportée. La figure 5D
représente en outre les connexions filaires 2G0 entre les pistes de conne>;ion 112 et le~> plots de contact de la puce.
L'invention s'applique également à la fabrication de cartes à puce sans contact. Dans ce cas, les éléments d'interface sont constitués par une antenne dont les spires peuvent être imprimées sur la surface de la carte et/ou dans la cavitë. Cependant, quel que soit l'emplacement des spires, les extrémités de l'antenne àoivent toujours être positionnées dans le fond de la cavité, afin de pouvoir les connecter aux plots de contacts de la puce.
!6 Les figures GA et GB schématisent deux étiquettes électroniques vues de dessus, au cours de leur fabrication. Ces deux étiquettes peuvent éventuellement servir de base â la fabrication de cartes à puce sans contact ou bien être utilisées telle qu'elles. Elles sont référencées 100. Elles comportent une cavité 120 et une antenne 140. L'antenne 140 est obtenue p<~r impression d'encre conductrice en utilisant l'une des techniques d'impression citées précédemment, à savoir la tampographie, l'impression offset ou le jet d'encre.
L'étiquette de la figure 6A comporte une antenne 140 dont ies spires sont réalisée~> à la fois sur la surface de la cartEs et dans la cavité 120. Les pistes conductrices associées à cet élément d'interface sont formées par les extrëmités d'antenne 141, 142, et aboutissent dans le fond de la cavité. Une puce, nc>n représentée sur cette figure, est ensuite reportée dans le fond de la cavitÉ~ et connectée aux extrémités 141., 142 d'antenne.
Le report de l_a puce peut se faire des deux manières décrites c:i-dessus. Cependant, dans le ca.s d'un monr.age "f:Lip chip", on préfère éviter l'utilisation d'une colle conductrice anisotrope afin d'éviter des courts circuits susceptibles de se produire du fait de la présence des spires d'antenne dans le fond de la cavité.
Dans ce cas, et plus particulièrement dans le cas du schéma de la figure 6B dëcrit ci-dessous, dans la mesure où il n'y a que deux contacts â relier, on pourra envisager d'effectuer la connexion en déposant deux petites gouttea de colle conductrice puis en positionnant la puce face retournée vers le bas.
Préalablement au report de la puce, on prêfère en outre protéger les spires d'antenne situées dans le fond de la cavité en les recouvrant d'un vernis isolant.
L'antenne 140 de 1'ëtiquette représentëe sur la figure 6B diffère de l'antenne représentée sur la figure 6A par le fait que les spires sont entièrement imprimées sur la surface du support de carte 100 ~et seules les extrémités d'antenne 141, 142, formant des pistes conductrices associées à l'antenne, aboutissent dans le fond de la cavité. Cette forme de réalisation J_0 permet de faciliter le report de la puce dans le fond de la cavité. En revanche, dans ce cas les spirfss d'antenne se chevauchent en au moins un point C de :La surface de la carte. I1 est donc nécessaire d'appliquer un vernis isolant sur ce(s) points) de chevauchement 1.5 afin d'éviter l'apparition d'un court-circuit.
Lorsque l'antenne est ainsi réalisée sur la surface de la carte une étape ultérieure consiste à appliquer sur ses spires un vernis isolant de protection.
On peut également noyer l'ant.enne, en appliquant 20 une autre feuille plastique sur la surface imprimée de la carte, afïn de réaliser une carte à puce saris contact.
Une résine d'encapsulation est par ailleurs déposée dans la cavité 120 afin de protéger la puce, Ea 25 l'antenne lorsque celle-ci est située dans la cavité.
Une carte hybrp_de peut également être réalisée conformément au procc'=_dé selon L'invention. Les figurE~s 7A et 7B schématisent. une telle carte. Dans ce cas, Le:s 30 éléments d'interface sont constitués par un bornier de connexion 110 et une antenne 140. Le motif imprimé, pa.r impression d'encre conductrice, comprend d'une part le bornier de connexion 1.10 qui se prolonge par des pistes conductrices 112 aboutissant dans le fond de la cavité, ls et d'autre part l'antenne 140 dont les extrémitës 141, 142 au moins abouti:~sent dans le fond de la cavité 120.
Une puce est ensuite reportëe dans le fond de la cavité
120 de telle sorte que ses plots de contact soient connectés d'une part aux extrémités 141, 142 d'antenne et d'autre part aux pistes conductrices 112 associi~es aux plages de contacts 111 du bornier de connexion 110.
Pour des raisons de clarté, la puce n'est pas représentée sur les figures 7A et 7B. La figure 7A
10~ illustre un mode de réalisation préféré, seîon lequel l'antenne 140 est Entièrement réalisée dans la cavité
120 de manière à cE= que seules les plages de contact 111 du bornier de connexion 110 soient visibles sur la surface du support de carte 100. Dans ce cas, 1_es pistes de l'antenne se chevauchent et un vernis isolant 143 est déposé sur les points de chevauchement pour éviter l'apparition d'un court-circuit.
Cependant, il e;st bien sûr envisageable de réali~;er à la fois les spires d'antenne et le bornier de connexion sur 1a surface du corps de carte, tel que schématisé sur la figure 7B. Dans ce cas, seules les extrémités d'antenne 141, 142 aboutissent dans le fond de la cavité 120. LJn vernis isolant 143 est également déposé sur les points de chevauchement des spires d'antenne pour éviter l'apparition d'un court-circuit.
Dans l'exemple de la figure 7A, il est préférable de protéger les spires d'antenne 140 par un vernis isolant, avant le report de la puce, afin d'éviter l'apparition de courts-circuits.
Le report de la puce peut se faire selon les différentes méthodes décrites précédemment. Cependant on préfêre la reporter selon la deuxième méthode, c'est à dire la face active orientée vers le haut et les plots de contact connectës au moyen d'une résine conductrice, comme ds=_ la colle â argent par exemple. Ce mode de report requiert en effet moins de précision concernant la position des pistes conductrices formées par les extrémités 141, 142 d'antenne, et des pistes conductrices 112 associées au bornier 110, par rapport aux plots de contact de la puce; et il permet d'éviter d'éventuels court-circuits en collant, dans le fond de la cavité et sur les spires d'antenne 140, la face inactive de ia puce a.u mayen d'une colle isolante.
Grâce au procédé selon l'invention, il est possible de fabriquer des cartes â puce en grande masse car _La cadence de _abrication est considérablement augmentéE:.
En effet, les étapes intermëdiaires de fabrication d'un micromodule sont supprimées et la rëalisation chu bornier de connexion, et/ou de l'antenne, et des pistes d'interconnexion se fait en une seule et même êtape consistant en une impression d'encre conductrice. I1 en résulte une diminution importante du prix de revient.
De plus, le procédë selon 7.'invention est peu coûteux car l'encre conductrice est. moins chère que l.e cuivre, le Nickel et l'or qui sont utilisés dans :Legs procédés classique~~ pour la réalisation des métallisations et des connexions.
En outre, l'invention n'utilise pas d'équipement cher ce qui réduit les coûts de fabrication.
D'autre part, la cavitë étant réalisée sur une profondeur suffisamment faible, pour permettre une impression à'encre conductrice de bonne qualité sur les parois inc_inées et sur le fond (typiquement sur une profondeur inférieure à 400 ~,m) , il reste au dos de la puce, c'est-â-dire dans la partie inférieure de la carte situé' sous la cavité, une quantité de matière plus importante que dans les cartes à puce traditionneîles. L'épaisseur restante sous la cavité
est en effet comprise entre 350 et 500 ~Cm. Cette épaisseur restante permet de réduire considérablement les risques de formation de fissures susceptibles de se produire. La tenue mécanique de la puce dans le corps de carte est par conséquent amêl.iorée. De plus cetae géométrie est extrémement facile à fabriquer par moulage par injection avec un noyau fixe de conception simple.
Excepté les contraintes sur le rouleau de type blanchet, le reste des paramètres d'impression est similaire aux tE=c:hniques classiques d'impression, c'est-à-dire l'utilisation d'un encrier, d'une plaque polymère ou métallique, comportant le motif à impr:Lmer creux ou en relief, et d'un rouleau de transfert d'encre.
Dans les deus; techniques de tampographie et d'impression offset la profondeur de la cavité ne doit pas être trop importante en regard de la souplesse du rouleau ou du tampon utilisé. Typiquement, la profondeur de la cavité est comprise entre 100 ~m et 600 gym.
Un troisième mode de réalisation, pour l'impression d'encre conductrice en trois dimensions, consiste à
utiliser une technique d'impression par jet d'encre.
Traditionnellement, la technique d'impression par jet d'encre peut étre réalisée de deux manières diffêrentes et bien connues . soit par une méthode dite de goutte à
la demande, soit par jet d'encre continu dévié.
ll Cette dernière technique d'impression par jet d'encre consiste à projeter des gouttes chargées en électricité statique suivant une trajectoire définie.
Au cours de l'impress.ion, la trajectoire de ces gouttes peut être modifiée en appliquant une polarisation différente à des plaques de déviation.
Afin de pouvoir réaliser une impression en troïs dimensions de bonne qualité et imprimer correctement le motif comprenant des éléments d'interface et des pistes l0 conductrices, la cavité ne doit pas comporter de plan proche de la vert:.icale, mais uniquement des plans horizontaux ou inclinés selon un angle d'inclinaison compris entre 5 et 30°, de préférence entre 15 et 20°.
Grâce à ces techniques d'impression d'encre conductrice en tro.i,s dimensions, il est possible d' imprimer, en une saule étape, à aa fois des éléments d'interface constitués par un bornier de connexion et/ou une antenne, et: des pistes conductrices destinées à permettre la connexion de la puce. Dans ce cas, les éléments d'interface et les pistes conductrices forment un seul et même motif.
Les différente:, techniques d'impression permettant d'utiliser différent:es sortes d'encre conductrice.
Ainsi, l'encre conductrice peut être constituée par une encre â solvant, comportant une résine polymère solubilisée dans un solvant avec des -charges conductrices (particules métalliques), qui durcie par évaporation du solvant. L'encre peut en outre être une encre thermodurcissable mono- ou bicomposant, une encre à polymérisation sou; rayonnement UV, un composé de type pâte ~ braser c:>u encore un alliage métallique.
La puce peut, qu<~nt à elle, être reportée au fond de la cavité selon trois types de montage différents.
l7 Une premiêre méthode consiste à reporter la puce selon un montage de type "flip chip". Ce type de montage est déjà bien connu et il est représenté :pur les schémas en vue de dessus et en coupe des figures 4A
et 4B. Sur la figure 48, les plages de contact 111 du bornier de connexion 110 et les pistes conductrices :112 sont représentées par un trait épais noir pour faciliter la compréhension. Mais, étant donné qu'elles sont obtenues par impression d'encre conductrice, lE:ur l0 épaisseur est en rÉ:alité négligeable. Le report de la puce est effectué en la retournant, la face active comportant les plot.~> de contact 220 orientés vers le fond de la cavité 120. La puce 200 est ensu_Lte connectée en appliquant ses plot~~ de contact 220 sur les plages conductrices 112 préalablement imprimées, sans utilisation de fils conducteurs. Dans ce cas '.Les pistes d'interconnexion 112 doivent être imprimées avec précision et elle~> sont amenées jusqu'à l'emplacement exact des plots dE=_ contact 220 de 7.a puce 200 de circuit intégré.
Dans l'exemple illustré sur l.a figure 4B, la puce 200 est connectée aux pistes conductrices 112 au moyen d'une celle 350 à conduction électrique anisotrope bien connue et souvent: utilisée pour le montage de composants passifs en surface. Cette colle 350 contient en fait des part:ïcules conductrices élasti:quement déformables, qui permettent d'établir une conduct_Lon électrique suivant l'axe z (c'est à dire suivi nt l'épaisseur) lorsqu'elles sont pressées entre les plots de contact 220 et les pistes conductrices 112, tout en assurant une isolai=ion suivant les autres directions (x, Y)~
Dans une varia nte de réalisation, la connexion électrique peut être établie au moyen de protubérances formées par un adhésif conducteur, préalablement déposé
sur les plots de contact 220 de la puce et réactivé à
chaud lors du report de la puce.
Une autre façon d'êtablir la connexion électrique entre la puce 200 et les pistes conductrices 1:L2 consiste à réaliser, ;pur les plots de contact 220 de :La puce 200, des bossagE~s en matëriau conducteur, destinës à améliorer le contact électrique, puis à appliquer :La puce sur le mot u:' préalablement imprimé, avant la polymérisation compléte de l'encre conductrice utilisëe pour l'impression du motif. La fixation et la connexion de la puce s'effectuent alors simultanément, au cours de la polymérisation de l'encre conductrice du motif imprimé.
Enfin, dans le cas où les pistes conductrices 17_2 sont réalisées par impression par jet d'encre, d'un alliage métallique, :i.l est envisageable de fixer et de connecter la puce en une seule étape de soudage. Pour cela, des bossages en alliage mëtallique à bas point de fusion sont rêalisës sur les plots de contact 220 de l.a puce 200 et sont refondus au moment du report de l.a puce afin de les souder aux pistes conductrices I12.
Une dernière étape de la fabrication de la carte à
puce à contacts affleurant illustrf~e sur la figure 4B
consiste ensuite à enrober la puce d'une résine de protection 300. Pour cela, une goutte de rêsine e~>t déposée dans la cavitë 120. De plus, pour obtenir une surface externe plane, on utilise de préférence une résine de très faible viscosité. Par ailleurs lorsqu'une colle conductrice est utilisée pour l.e report de la puce, 1a résine de protection doit être choisie de façon à ce qu'elle soit compatible avec cette colle.
l4 Une deuxiëme méthode pour effectuer le report de la puce consiste à coller la puce â l'endroit avec sa face active, comportant les plots de contact, orientée vers le haut, c'est-à-dire vers l'ouverture de la cavité
120. Ce type de moisi=age est illustré par les figures 5A
et 5B qui schématisent respectivement une vue de des:~us et une vue en coupe d'une carte à puce â contact affleurant.
Dans ce cas, les pistes d'interconnexion 112 sont amenées â proximité de l'emplacement prévu pour la puce 200. La puce 200 est collée dans le fond de la cavité
120, par la face opposée à la face active, en utilisant une colle 500 isolante. La colle 500 utilisée peut par exemple être un adhésif réticulant sous l'effet d'une exposition à un rayonnement ultra-violet. La cadence de cette opération de collage peut être particulièrems:nt élevée, puisqu'il est possible de coller par exemple cinq à six milles puces à l'heure.
Dans une deuxième étape, on réalise les connexions électriques entre lc~s plots de contact 220 de la puce 200 et les pistes conductrices 112. Ces connexions sont effectuées par dispense d'une résine conductrice 400 sur les plots de cantact 220 de la puce et les pistes de connexion 112. ha résine conductrice 400 peut par exemple être une colle polymérisable chargée en particules conductrices telles que des particules d'argent. Cette deuxième étape de connexion peut être réalisée avec la même cadence élevée qu'à l'étape de collage de la puce. De plus, ces deux étapes de col:Lage et de connexion peuvent être réalisées en utilisant le même équipement.
De la même manière que précédemment décrite, la puce 200 est ensuite enrobée d'une résine de protection 300 qui est déposée dans la cavité 120 et affleure la surface du support de carte 100. cette résine d'encapsulation permet ainsi de protéger la puce de circuit intégré des contraintes climatiques et mécaniques. Elle doit d'autre part être compatible avec 5 la colle isolante 500 et avec la résine conductrice 100 utilisées.
Les f figures 5A et 5B qu i viennent d' être décrii:es schématisent une configuration pour laquelle chaque plage de contact se trouve en face d'un plot de la puce 10 qui lui est associé. En revanche lorsque la puce est montée selon une t.roisiëme méthode consistant en un câblage filaire classique, il faudra utiliser un motif interdigité tel que schématisé sur les figures 5C et 5D
et tel que décrit dans la demande de brevet EP-A-0 ï'53 15 827. Ce motif interdigité permet ainsi d'amener 7.es pistes de connexion 112 de chaque plage de contact 17.1, associée à un plot de contact 220 de la puce 200, à
proximité de ce plot, et d'éviter ainsi un enchevétrement des f.ïls de connexion 2G0. La f figure 5C
représente plus particulièrement le motif interdigi.té
sur lequel une puce 200 est reportée. La figure 5D
représente en outre les connexions filaires 2G0 entre les pistes de conne>;ion 112 et le~> plots de contact de la puce.
L'invention s'applique également à la fabrication de cartes à puce sans contact. Dans ce cas, les éléments d'interface sont constitués par une antenne dont les spires peuvent être imprimées sur la surface de la carte et/ou dans la cavitë. Cependant, quel que soit l'emplacement des spires, les extrémités de l'antenne àoivent toujours être positionnées dans le fond de la cavité, afin de pouvoir les connecter aux plots de contacts de la puce.
!6 Les figures GA et GB schématisent deux étiquettes électroniques vues de dessus, au cours de leur fabrication. Ces deux étiquettes peuvent éventuellement servir de base â la fabrication de cartes à puce sans contact ou bien être utilisées telle qu'elles. Elles sont référencées 100. Elles comportent une cavité 120 et une antenne 140. L'antenne 140 est obtenue p<~r impression d'encre conductrice en utilisant l'une des techniques d'impression citées précédemment, à savoir la tampographie, l'impression offset ou le jet d'encre.
L'étiquette de la figure 6A comporte une antenne 140 dont ies spires sont réalisée~> à la fois sur la surface de la cartEs et dans la cavité 120. Les pistes conductrices associées à cet élément d'interface sont formées par les extrëmités d'antenne 141, 142, et aboutissent dans le fond de la cavité. Une puce, nc>n représentée sur cette figure, est ensuite reportée dans le fond de la cavitÉ~ et connectée aux extrémités 141., 142 d'antenne.
Le report de l_a puce peut se faire des deux manières décrites c:i-dessus. Cependant, dans le ca.s d'un monr.age "f:Lip chip", on préfère éviter l'utilisation d'une colle conductrice anisotrope afin d'éviter des courts circuits susceptibles de se produire du fait de la présence des spires d'antenne dans le fond de la cavité.
Dans ce cas, et plus particulièrement dans le cas du schéma de la figure 6B dëcrit ci-dessous, dans la mesure où il n'y a que deux contacts â relier, on pourra envisager d'effectuer la connexion en déposant deux petites gouttea de colle conductrice puis en positionnant la puce face retournée vers le bas.
Préalablement au report de la puce, on prêfère en outre protéger les spires d'antenne situées dans le fond de la cavité en les recouvrant d'un vernis isolant.
L'antenne 140 de 1'ëtiquette représentëe sur la figure 6B diffère de l'antenne représentée sur la figure 6A par le fait que les spires sont entièrement imprimées sur la surface du support de carte 100 ~et seules les extrémités d'antenne 141, 142, formant des pistes conductrices associées à l'antenne, aboutissent dans le fond de la cavité. Cette forme de réalisation J_0 permet de faciliter le report de la puce dans le fond de la cavité. En revanche, dans ce cas les spirfss d'antenne se chevauchent en au moins un point C de :La surface de la carte. I1 est donc nécessaire d'appliquer un vernis isolant sur ce(s) points) de chevauchement 1.5 afin d'éviter l'apparition d'un court-circuit.
Lorsque l'antenne est ainsi réalisée sur la surface de la carte une étape ultérieure consiste à appliquer sur ses spires un vernis isolant de protection.
On peut également noyer l'ant.enne, en appliquant 20 une autre feuille plastique sur la surface imprimée de la carte, afïn de réaliser une carte à puce saris contact.
Une résine d'encapsulation est par ailleurs déposée dans la cavité 120 afin de protéger la puce, Ea 25 l'antenne lorsque celle-ci est située dans la cavité.
Une carte hybrp_de peut également être réalisée conformément au procc'=_dé selon L'invention. Les figurE~s 7A et 7B schématisent. une telle carte. Dans ce cas, Le:s 30 éléments d'interface sont constitués par un bornier de connexion 110 et une antenne 140. Le motif imprimé, pa.r impression d'encre conductrice, comprend d'une part le bornier de connexion 1.10 qui se prolonge par des pistes conductrices 112 aboutissant dans le fond de la cavité, ls et d'autre part l'antenne 140 dont les extrémitës 141, 142 au moins abouti:~sent dans le fond de la cavité 120.
Une puce est ensuite reportëe dans le fond de la cavité
120 de telle sorte que ses plots de contact soient connectés d'une part aux extrémités 141, 142 d'antenne et d'autre part aux pistes conductrices 112 associi~es aux plages de contacts 111 du bornier de connexion 110.
Pour des raisons de clarté, la puce n'est pas représentée sur les figures 7A et 7B. La figure 7A
10~ illustre un mode de réalisation préféré, seîon lequel l'antenne 140 est Entièrement réalisée dans la cavité
120 de manière à cE= que seules les plages de contact 111 du bornier de connexion 110 soient visibles sur la surface du support de carte 100. Dans ce cas, 1_es pistes de l'antenne se chevauchent et un vernis isolant 143 est déposé sur les points de chevauchement pour éviter l'apparition d'un court-circuit.
Cependant, il e;st bien sûr envisageable de réali~;er à la fois les spires d'antenne et le bornier de connexion sur 1a surface du corps de carte, tel que schématisé sur la figure 7B. Dans ce cas, seules les extrémités d'antenne 141, 142 aboutissent dans le fond de la cavité 120. LJn vernis isolant 143 est également déposé sur les points de chevauchement des spires d'antenne pour éviter l'apparition d'un court-circuit.
Dans l'exemple de la figure 7A, il est préférable de protéger les spires d'antenne 140 par un vernis isolant, avant le report de la puce, afin d'éviter l'apparition de courts-circuits.
Le report de la puce peut se faire selon les différentes méthodes décrites précédemment. Cependant on préfêre la reporter selon la deuxième méthode, c'est à dire la face active orientée vers le haut et les plots de contact connectës au moyen d'une résine conductrice, comme ds=_ la colle â argent par exemple. Ce mode de report requiert en effet moins de précision concernant la position des pistes conductrices formées par les extrémités 141, 142 d'antenne, et des pistes conductrices 112 associées au bornier 110, par rapport aux plots de contact de la puce; et il permet d'éviter d'éventuels court-circuits en collant, dans le fond de la cavité et sur les spires d'antenne 140, la face inactive de ia puce a.u mayen d'une colle isolante.
Grâce au procédé selon l'invention, il est possible de fabriquer des cartes â puce en grande masse car _La cadence de _abrication est considérablement augmentéE:.
En effet, les étapes intermëdiaires de fabrication d'un micromodule sont supprimées et la rëalisation chu bornier de connexion, et/ou de l'antenne, et des pistes d'interconnexion se fait en une seule et même êtape consistant en une impression d'encre conductrice. I1 en résulte une diminution importante du prix de revient.
De plus, le procédë selon 7.'invention est peu coûteux car l'encre conductrice est. moins chère que l.e cuivre, le Nickel et l'or qui sont utilisés dans :Legs procédés classique~~ pour la réalisation des métallisations et des connexions.
En outre, l'invention n'utilise pas d'équipement cher ce qui réduit les coûts de fabrication.
D'autre part, la cavitë étant réalisée sur une profondeur suffisamment faible, pour permettre une impression à'encre conductrice de bonne qualité sur les parois inc_inées et sur le fond (typiquement sur une profondeur inférieure à 400 ~,m) , il reste au dos de la puce, c'est-â-dire dans la partie inférieure de la carte situé' sous la cavité, une quantité de matière plus importante que dans les cartes à puce traditionneîles. L'épaisseur restante sous la cavité
est en effet comprise entre 350 et 500 ~Cm. Cette épaisseur restante permet de réduire considérablement les risques de formation de fissures susceptibles de se produire. La tenue mécanique de la puce dans le corps de carte est par conséquent amêl.iorée. De plus cetae géométrie est extrémement facile à fabriquer par moulage par injection avec un noyau fixe de conception simple.
Claims (14)
1. Procédé de fabrication d'un dispositif électronique, tel qu'une carte à puce, comprenant au moins une puce de circuit intégré (200) qui est noyée dans un support de carte (100) et qui comporte des plots de contact (220) reliés, par 1'intermédiaire de pistes conductrices (112; 141, 142), à des éléments d'interface constitués par un bornier de connexion (110) et/ou une antenne (140), caractérisé en ce qu'il consiste à:
- réaliser, dans le support de carte (100), une cavité (120) présentant des parois inclinées, - réaliser une impression d'encre conductrice, en trois dimensions, pour former un motif comprenant les éléments d'interface (110; 140) et les pistes conductrices (112; 141, 142), ledit motif s'étendant de la surface du support de carte (100), le long des parois inclinées de la cavité (120) jusque dans le fond de celle-ci, - reporter et connecter la puce (200) dans le fond de la cavité (120), et - enrober la puce (200) dans une résine de protection (300).
- réaliser, dans le support de carte (100), une cavité (120) présentant des parois inclinées, - réaliser une impression d'encre conductrice, en trois dimensions, pour former un motif comprenant les éléments d'interface (110; 140) et les pistes conductrices (112; 141, 142), ledit motif s'étendant de la surface du support de carte (100), le long des parois inclinées de la cavité (120) jusque dans le fond de celle-ci, - reporter et connecter la puce (200) dans le fond de la cavité (120), et - enrober la puce (200) dans une résine de protection (300).
2. Procédé de fabrication d'une carte puce à
contacts affleurant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'interface sont constitués par un bornier de connexion (110) qui est imprimé sur la surface su support de carte (100) et se prolonge par les pistes conductrices (112) qui aboutissent fond de la cavité (120).
contacts affleurant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'interface sont constitués par un bornier de connexion (110) qui est imprimé sur la surface su support de carte (100) et se prolonge par les pistes conductrices (112) qui aboutissent fond de la cavité (120).
3. Procédé de fabrication d'une carte à puce sans contact ou d'une étiquette électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'interface sont constitués par une antenne (140), dont les spires sont imprimées sur la surface du support de carte (100) et/ou dans la cavité (120), et en ce que les pistes conductrices (141, 142) sont formées par les extrémités d'antenne et aboutissent dans le fond de la cavité.
4. Procédé de fabrication d'une carte à puce hybride selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments d'interface sont constitués d'une part par un bornier de connexion (110), qui est imprimé sur la surface du support de carte (100) et se prolonge par des pistes conductrices (112) aboutissant dans le fond de la cavité (120), et d'autre part par une antenne (140) dont les extrémités (141, 142) au moins aboutissent dans le fond de la cavité (120).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la cavité (120) est réalisée sur une profondeur comprise entre 100 et 600µm.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les parois inclinées de la cavité
(120) sont réalisées selon un angle d'inclinaison compris entre 5 et 30°.
(120) sont réalisées selon un angle d'inclinaison compris entre 5 et 30°.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'impression d'encre conductrice est réalisée par tampographie, en utilisant un tampon encreur déformable apte à s'adapter à la forme de la cavité.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le tampon utilisé est un tampon à déplacement vertical ou rotatif.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'impression d'encre conductrice est réalisée par une technique offset utilisant un rouleau de type blanchet pour le transfert de l'encre sur le support de carte, le rouleau étant déformable pour s'adapter à la forme de la cavité (120).
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'impression d'encre conductrice est réalisée par jet d'encre.
11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que l'encre conductrice utilisée est une encre à solvant, une encre thermodurcissable bicomposant, une encre polymérisable sous rayonnement ultra-violet, une pâte à braser ou un alliage métallique.
12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la puce (200) est reportée dans le fond de la cavité (120) selon un montage "flip chip".
en ce que la puce (200) est reportée dans le fond de la cavité (120) selon un montage "flip chip".
13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la puce (200) est reportée dans le fond de la cavité (120), par collage de la face opposée à la face active au moyen d'une colle isolante (500), et connectée au moyen d'une résine conductrice (400) dispensée à la fois sur les plots de contact (220) de la puce (200; et sur les pistes conductrices (112; 141, 142).
en ce que la puce (200) est reportée dans le fond de la cavité (120), par collage de la face opposée à la face active au moyen d'une colle isolante (500), et connectée au moyen d'une résine conductrice (400) dispensée à la fois sur les plots de contact (220) de la puce (200; et sur les pistes conductrices (112; 141, 142).
14. Procédé selon la revendication 3, caractérisé
en ce que la puce (200) est reportée face active retournée vers le bas dans le fond de la cavité (120), après avoir déposé deux petites gouttes de colle conductrice sur les extrémités d'antienne (141, 142).
en ce que la puce (200) est reportée face active retournée vers le bas dans le fond de la cavité (120), après avoir déposé deux petites gouttes de colle conductrice sur les extrémités d'antienne (141, 142).
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1999
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