ES2348566T3 - Modulo electronico delgado para tarjeta de microcircuito. - Google Patents

Modulo electronico delgado para tarjeta de microcircuito. Download PDF

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Abstract

Módulo (3) electrónico para tarjeta de microcircuito, que comprende al menos un componente (8, 9) electrónico con varios bornes de conexión eléctrica y un soporte (6) flexible con una cara denominada interna dirigida hacia dicho o dichos componentes (8, 9), y una cara denominada externa con bornes de contactos (10, 11) eléctricos salientes, que permiten la comunicación mediante contacto con un equipo de lectura, caracterizado porque comprende además una plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión fijada a la cara interna del soporte (6) flexible mediante una primera cara y que soporta, en su segunda cara, uno o varios componentes (8, 9) electrónicos y porque dicha plaqueta comprende una red de cableado de interconexión para los bornes de contactos eléctricos del soporte (6) flexible y el o los componentes electrónicos, por medio de un cableado por hilos (15) según la técnica denominada "wire bonding" que conecta bornes de contacto (10, 11) eléctrico a dicha red (13) de interconexión y de un montaje de los componentes electrónicos sobre la plaqueta según la técnica del chip invertido denominada "flip chip".

Description

La presente invención se refiere a los módulos electrónicos destinados a montarse en tarjetas de microcircuito de poco grosor, por ejemplo, de grosor inferior al milímetro, como las que responden a la norma ISO 7816 que define un grosor igual a aproximadamente 0,8 mm.
Estos módulos electrónicos comprenden uno o varios microcomponentes electrónicos, entre ellos uno o varios circuitos integrados, montados sobre un soporte con circuito impreso denominado “viñeta” que puede comprender en la parte posterior contactos eléctricos salientes destinados a conectarse a los de un lector de tarjeta. Se integran en una cavidad hundida en el grosor de una tarjeta de microcircuito y se fijan mediante adhesión o bien en el fondo o bien en los bordes en escalones de la cavidad que puede ser pasante o no según si la viñeta presenta
o no, en la parte posterior, contactos eléctricos salientes.
La viñeta de un módulo es un soporte flexible ya que debe resistir las flexiones que la tarjeta de microcircuito debe experimentar en el transcurso de su vida. Generalmente está constituida por un circuito impreso flexible de epoxí o poliimida, revestido con motivos conductores de dimensiones superiores a 25 µm mientras que el o los microcomponentes electrónicos que están montados en la misma comprenden generalmente uno o varios circuitos integrados de sustrato de silicio que presentan bornes de conexión más o menos próximos y numerosos.
El grosor de un módulo no puede superar normalmente los 450 µm. En efecto, la profundidad de la cavidad prevista para su alojamiento en una tarjeta de 0,8 mm de grosor no supera 600 µm (normalmente, menos de 500 µm) ya que debe dejarse en el fondo de la cavidad un grosor de plástico suficiente para que siga siendo opaco y conserve una determinada resistencia mecánica. Además, debe disponerse un espacio de 100 µm a 150 µm entre el módulo, el fondo o determinados bordes de su cavidad para reducir las tensiones de rotura impuestas al módulo por los esfuerzos de cizallamiento inducidos por las flexiones de la tarjeta. Este espacio se rellena con una lámina de aire o con un adhesivo.
La realización de las conexiones eléctricas entre el circuito impreso flexible de la viñeta de un módulo, y los circuitos integrados que están montados en el mismo, se realiza habitualmente según las técnicas clásicas del chip invertido (“Flip Chip” en inglés) o del cableado por hilos (“Wire Bonding” en inglés). Concretamente, la solicitud de patente francesa FR 2.797.075 describe una tarjeta de chip que comprende: un soporte flexible que soporta un primer chip de circuito integrado sobre el que se monta un segundo chip de circuito integrado y eventualmente un tercero. Los chips están interconectados entre sí y con una rejilla de contacto dispuesta sobre la cara externa del soporte flexible, a través de los pocillos de conexión. Las interconexiones se realizan mediante cableado con hilos, pudiendo realizarse aquellas entre los chips también mediante chorro de materias conductoras. Estas técnicas de conexión presentan problemas de rendimiento ya que el número de conexiones que deben realizarse con un mismo componente supera la decena, tal como por ejemplo cuando debe interconectarse un componente de memoria con un microcontrolador por medio del circuito impreso flexible de una viñeta de módulo electrónico previsto para una tarjeta de microcircuito según la norma internacional ISO 7816. En efecto, la técnica del chip invertido resulta inutilizable debido a las deformaciones experimentadas por la viñeta durante la colocación del chip (es decir, durante el montaje del microcircuito) y al gran número de bornes de conexión mientras que la técnica del cableado por hilos sólo puede emplearse con hilos particularmente finos dado el pequeño tamaño y la proximidad de los bornes de conexión, por ejemplo a distancias de 100 µm, impuesto por el elevado número de conexiones y la miniaturización de los componentes para el módulo.
Por otro lado, se conoce por la solicitud de patente US 2005/0136634 el uso de una plaqueta intermedia de silicio dotada de varios planos de red de cableado de interconexión para reducir la longitud de las conexiones entre chips de circuito integrado.
La presente invención tiene por objeto facilitar el montaje de los módulos electrónicos destinados a tarjetas de microcircuito de poco grosor. Más generalmente, tiene por objeto mejorar el rendimiento de las operaciones de interconexión eléctricas entre componentes electrónicos con numerosos bornes de contactos, montados sobre un soporte flexible al tiempo que se facilita la obtención de ensamblajes de poco grosor resistentes a las flexiones.
Tiene por objeto un módulo electrónico para tarjeta de microcircuito, que comprende al menos un componente electrónico con varios bornes de conexión eléctrica y un soporte flexible con una cara denominada interna dirigida hacia dicho o dichos componentes, y una cara externa con bornes de contactos eléctricos salientes que permite la comunicación mediante contacto con un equipo de lectura, notable porque comprende además una plaqueta intermedia rígida de interconexión fijada a la cara interna del soporte flexible mediante una primera cara y que soporta, en su segunda cara, uno o varios componentes electrónicos y porque dicha plaqueta comprende una red de cableado de interconexión para los bornes de contactos eléctricos del soporte flexible y el o los componentes electrónicos, por medio de un cableado por hilos según la técnica denominada “wire bonding” que conecta bornes de contacto eléctrico a dicha red de interconexión y de un montaje de los componentes electrónicos sobre dicha plaqueta según la técnica del chip invertido denominada “flip chip”.
Ventajosamente, la plaqueta intermedia rígida de interconexión comprende un sustrato de silicio que soporta al menos un nivel de metalización en el que está grabado un conjunto de pistas conductoras que forman una red de cableado de interconexión para los componentes
electrónicos del módulo.
Ventajosamente, la plaqueta intermedia rígida de interconexión comprende un sustrato de silicio que soporta dos niveles de metalización separados por un nivel de pasivación, conectados entre sí mediante orificios conductores o “vías”, y que comprende un conjunto de pistas conductoras obtenidas mediante fotolitografía y que forman una red de cableado de interconexión para los componentes electrónicos del módulo.
Ventajosamente, el soporte flexible soporta espiras de antena conectadas a los componentes electrónicos por medio de la red de cableado de interconexión de la plaqueta intermedia rígida de interconexión.
Ventajosamente, la plaqueta intermedia rígida de interconexión tiene una superficie igual a aproximadamente la mitad de la del soporte flexible.
Ventajosamente, la plaqueta intermedia rígida de interconexión presenta un grosor del orden de 150 µm a 250 µm.
Ventajosamente, la plaqueta intermedia rígida de interconexión es un circuito impreso de vidrio epoxí.
Ventajosamente, el soporte flexible tiene un grosor del orden de 50 µm.
Ventajosamente, el soporte flexible es de poliimida.
Ventajosamente, el soporte flexible es de epoxí flexible.
Ventajosamente, el módulo electrónico de plaqueta intermedia rígida de interconexión está dispuesto en una cavidad con reborde interno del cuerpo de una tarjeta de microcircuito, a distancia del fondo de la cavidad, fijándose el contorno de su soporte flexible mediante adhesión en apoyo sobre el reborde interno de las paredes de la cavidad.
Ventajosamente, el módulo electrónico de plaqueta intermedia rígida de interconexión está montado en el cuerpo de una tarjeta de microcircuito de tipo con contactos, según la norma ISO 7816.
Otras características y ventajas de la invención se desprenderán de la descripción a continuación de un modo de realización dado a modo de ejemplo. Esta descripción se realizará con referencia al dibujo en el que:
-la figura 1 muestra en sección un primer ejemplo de módulo electrónico según la invención, colocado en una cavidad de tarjeta de microcircuito con contactos, y
-la figura 2 muestra, siempre en sección, un segundo ejemplo de módulo electrónico según la invención alimentado y que se comunica por medio de una antena mediante acoplamiento electromagnético.
La figura muestra una sección parcial del cuerpo 1 de una tarjeta de microcircuito de tipo SIM (acrónimo de la expresión inglesa: “Subscriber Identity Module” – “módulo de identidad de abonado”) según la norma internacional ISO 7816 con un grosor de 0,8 mm y de formato ID
000. Esta sección, que no está a escala, se realiza al nivel de una cavidad 2 hundida en el cuerpo 1 de la tarjeta de microcircuito para alojar un módulo 3 electrónico.
El cuerpo 1 de la tarjeta de microcircuito es a la vez rígido y flexible. Se realiza a partir de una hoja de material plástico o de un laminado de varias hojas de material plástico. La cavidad 2 se obtiene mediante fresado o mediante precorte de algunas de las hojas laminadas. Su profundidad máxima es del orden de 600 µm con el fin de conservar un fondo 4 de un grosor del orden de 200 pm que garantiza la resistencia mecánica y la opacidad de la tarjeta a su nivel. Las paredes laterales de la cavidad 2 presentan un contorno en forma de escalones con un reborde 5 interno sobre el que se apoya el módulo 3 electrónico.
El módulo 3 electrónico comprende un soporte 6 flexible habitualmente denominado viñeta, una plaqueta 7 intermedia rígida de interconexión y componentes electrónicos tales como un circuito 8 integrado y un componente 9 discreto.
El soporte flexible o viñeta 6 cierra la cavidad 2. Está constituido por una hoja de un grosor del orden de 150 µm, de material flexible eléctricamente aislante, tal como poliimida, resina epoxí flexible o película de poli(tereftalato de etileno), que soporta un plano de metalización sobre su cara dirigida hacia el exterior de la cavidad 2. Este plano de metalización forma un juego de contactos 10, 11 eléctricos que sobresalen al exterior de la tarjeta 1 y que están dispuestos según la norma ISO 7816-2, para una conexión eventual, mediante contactos, de la tarjeta de microcircuito, con un equipo de lectura. La cara de la viñeta 6 dirigida hacia el fondo de la cavidad 2 está desprovista de plano de metalización (como variante, la cara de la viñeta 6 dirigida hacia el fondo de la cavidad 2 comprende un plano de metalización). Soporta la plaqueta 7 intermedia rígida de interconexión que está fijada a la misma mediante una capa 12 de adhesivo, de un grosor de aproximadamente 40 µm.
La plaqueta 7 intermedia rígida de interconexión presenta una o varias capas de material 13 conductor sobre su cara opuesta a la viñeta 6. Su rigidez es suficiente para un montaje, sin problemas de rendimiento, de circuitos integrados según la técnica del chip invertido (“flip chip”). Está constituida por un sustrato 7 aislante de silicio, de un grosor del orden de 150 µm, que soporta al menos un nivel 13 de metalización, preferiblemente dos niveles de metalización aislados por una capa de pasivación, conectados entre sí mediante puentes conductores o “vías”, y que comprende un conjunto de pistas conductoras obtenidas mediante fotolitografía y que forman una red de cableado de interconexión para los componentes 8, 9 electrónicos del módulo 3. Como variante también puede estar constituida por una plaqueta de sustrato de vidrio epoxídico de un grosor del orden de 250 µm, revestida con una capa de material conductor en la que está grabado un conjunto de pistas conductoras.
Puede tratarse por ejemplo de un circuito impreso (en inglés “printed circuit board”) con un soporte de vidrio epoxídico o de otro material rígido adaptado.
La superficie de la plaqueta 7 intermedia rígida de interconexión es preferiblemente igual o inferior a aproximadamente la mitad de la de la viñeta 6. Esto permite por una parte, a la viñeta 6 conservar al menos en parte su flexibilidad y, por otra parte, limitar los riesgos de desprendimiento de la plaqueta 7 intermedia rígida de interconexión de la viñeta 6 durante flexiones impuestas, durante el uso, a la tarjeta de microcircuito.
El nivel 13 de metalización de la plaqueta 7 intermedia rígida de interconexión, que se coloca enfrente de los componentes 8, 9 electrónicos del módulo, presenta bornes de conexión adaptados a un montaje en la técnica “flip chip”, del circuito integrado 8 y del componente 9 discreto y bornes 14 de conexión adaptados a una conexión 15 por hilos, según la técnica “wire bonding”, haciendo que las partes posteriores de los contactos 10, 11 eléctricos salientes de la viñeta 6 sean accesibles mediante aberturas 16 practicadas a través de la viñeta 6.
Tal como se muestra en 9, la plaqueta 7 intermedia rígida de interconexión usada para el montaje de circuitos 8 integrados con múltiples bornes de conexión, también sirve para el montaje de componentes 9 discretos, concretamente pasivos, tales como resistencias, capacidades, etc. Esto evita la presencia de un plano de metalización sobre la cara interna de la viñeta 6 y por tanto contribuye a reducir el coste de producción del módulo, haciendo posible el uso de una viñeta con una única cara metalizada en lugar de las viñetas con dos caras metalizadas usadas en las soluciones de la técnica anterior.
La plaqueta 7 intermedia rígida de interconexión está particularmente adaptada para realizar el montaje y el cableado de interconexión de una memoria y de un microcontrolador disponibles en forma de dos circuitos integrados distintos.
El módulo 3 electrónico está fijado a la tarjeta 1 de microcircuito mediante una adhesión 16 del contorno de su viñeta 6 sobre el reborde 5 interno del contorno de la cavidad 2, disponiéndose un espacio de 100 µm a 150 µm entre sus componentes electrónicos, el fondo o determinados bordes de la cavidad 2 para reducir las tensiones de rotura impuestas al módulo por los esfuerzos de cizallamiento inducidos mediante flexiones de la tarjeta.
El hecho de añadir una plaqueta intermedia rígida de interconexión a la estructura de un módulo no aumenta o aumenta poco su volumen ocupado en cuanto al grosor ya que los componentes electrónicos montados sobre la plaqueta intermedia rígida de interconexión se alojan totalmente o en gran parte en el grosor ocupado por los hilos de cableado del “wire bonding”.
El módulo electrónico, que acaba de describirse, se ha presentado montado en el cuerpo de una tarjeta de microcircuito con contactos según la norma ISO 7816. Evidentemente, puede montarse en todos los tipos de tarjeta de microcircuito del tipo con contactos salientes
que necesite módulos electrónicos de poco grosor con viñeta flexible. Concretamente puede montarse en tarjetas de microcircuito que permiten además
comunicaciones sin contacto, alimentadas y que se comunican por medio de una antena según
5 la norma ISO 14443 o NFC. El módulo comprende entonces (figura 2) una capa de material plástico de la tarjeta (de igual superficie que la tarjeta) que soporta las espiras 30, 31 de la antena y que constituye el soporte 6 flexible, estando dispuestos los bornes de contacto salientes (no representados en la figura 2 por motivos de simplificación) sobre la cara externa tal como se representa en la figura 1. La plaqueta intermedia rígida está montada en “flip chip”
10 21 y conectada a los bornes 20 de la antena por medio de un nivel 18 conductor previsto en su cara opuesta a los componentes y conectado (por ejemplo mediante vías) al nivel 13 de metalización sobre el que están montados los componentes.
La presencia de la plaqueta intermedia rígida de interconexión permite, en el caso de los módulos electrónicos para tarjeta de microcircuito que comprenden componentes 15 electrónicos con múltiples bornes de conexión eléctrica, reducir las conexiones eléctricas que deben realizarse con un circuito impreso flexible al pequeño número de bornes de los contactos exteriores de la viñeta. También permite conformarse con viñetas con un plano de metalización a lo sumo reservado para contactos eléctricos salientes, lo que reduce sus costes y sus grosores. Permitiendo un montaje mediante “flip chip”, con un rendimiento mejorado, de los
20 circuitos integrados de un módulo electrónico, sin aumentar notablemente el grosor, hace posible una reducción notable del coste de fabricación de los módulos electrónicos que encierran uno o varios circuitos integrados con numerosos bornes de conexión.

Claims (17)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Módulo (3) electrónico para tarjeta de microcircuito, que comprende al menos un componente (8, 9) electrónico con varios bornes de conexión eléctrica y un soporte (6) flexible con una cara denominada interna dirigida hacia dicho o dichos componentes (8, 9), y una cara denominada externa con bornes de contactos (10, 11) eléctricos salientes, que permiten la comunicación mediante contacto con un equipo de lectura, caracterizado porque comprende además una plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión fijada a la cara interna del soporte (6) flexible mediante una primera cara y que soporta, en su segunda cara, uno o varios componentes (8, 9) electrónicos y porque dicha plaqueta comprende una red de cableado de interconexión para los bornes de contactos eléctricos del soporte (6) flexible y el o los componentes electrónicos, por medio de un cableado por hilos (15) según la técnica denominada “wire bonding” que conecta bornes de contacto (10, 11) eléctrico a dicha red (13) de interconexión y de un montaje de los componentes electrónicos sobre la plaqueta según la técnica del chip invertido denominada “flip chip”.
  2. 2.
    Módulo según la reivindicación 1, caracterizado porque la plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión comprende un sustrato de silicio que soporta al menos un nivel
    (13) de metalización que comprende un conjunto de pistas conductoras que forman una red de cableado de interconexión para los componentes (8, 9) electrónicos del módulo.
  3. 3.
    Módulo según la reivindicación 2, caracterizado porque la plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión comprende un sustrato de silicio que soporta dos niveles (13) de metalización separados por un nivel de pasivación, unidos entre sí mediante vías y que comprenden un conjunto de pistas conductoras que forman una red de cableado de interconexión para los componentes (8, 9) electrónicos del módulo.
  4. 4.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el soporte (6) flexible soporta espiras (30, 31) de antena conectadas a los componentes
    (8) electrónicos del módulo por medio de la plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión.
  5. 5.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión está conectada a los bornes de contactos (10, 11) eléctricos de la cara externa del soporte (6) flexible mediante un cableado por hilos que pasan a través de aberturas (16) practicadas en el cuerpo del soporte (6) flexible.
  6. 6.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión tiene una superficie igual a
    aproximadamente la mitad de la del soporte (6) flexible.
  7. 7.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión presenta un grosor del orden de 150 µm a 250 µm.
  8. 8.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el soporte (6) flexible tiene un grosor del orden de 50 µm.
  9. 9.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el soporte (6) flexible es de poliimida.
  10. 10.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el soporte (6) flexible es de epoxí flexible.
  11. 11.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque se fija mediante adhesión en una cavidad (2) de un cuerpo (1) de tarjeta de microcircuito.
  12. 12.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se fija mediante adhesión en una cavidad (2) de un cuerpo (1) de tarjeta de microcircuito, dejándose libre un espacio entre el módulo y el fondo de la cavidad para controlar mejor las tensiones transmitidas al módulo durante la flexión del cuerpo (1) de tarjeta.
  13. 13.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque se fija en una cavidad (2) de un cuerpo (1) de tarjeta mediante adhesión a un reborde de la cavidad (2).
  14. 14.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque se monta en el cuerpo (1) de una tarjeta de microcircuito de tipo con contactos, según la norma ISO 7816.
  15. 15.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado porque el componente (8) electrónico con varios bornes es un circuito integrado.
  16. 16.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión comprende un sustrato de vidrio epoxí revestido con una capa de material conductor en la que está grabado un conjunto de pistas conductoras.
  17. 17.
    Módulo según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque la plaqueta (7) intermedia rígida de interconexión es un circuito impreso.
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