FR2634095A1

FR2634095A1 - Circuit imprime souple, notamment pour carte a microcircuits electroniques, et carte incorporant un tel circuit

Info

Publication number: FR2634095A1
Application number: FR8809032A
Authority: FR
Inventors: Le Loc H Alain; Olivier Lefort; Daniel Champagne
Original assignee: Bull CP8 SA
Current assignee: Bull CP8 SA
Priority date: 1988-07-05
Filing date: 1988-07-05
Publication date: 1990-01-12

Abstract

L'invention concerne un circuit imprimé souple 10 constitué d'une feuille mince 11 formant un substrat portant sur au moins l'une de ses faces des éléments électroniquement conducteurs 12, 13, 14 répartis en une première zone comportant des plages de contact 13 avec l'extérieur, et une seconde zone éloignée de la première comportant des plages de contact 14 pour la connexion aux plots correspondants d'un circuit intégré 15. Des conducteurs 12 relient chaque plage 13 d'une zone à une plage correspondante 14 de l'autre. Le circuit imprimé est caractérisé en ce que la feuille mince 11 est pourvue d'au moins un évidement 17, ..., 23 réalisé dans une partie de son épaisseur non en regard d'un élément conducteur 12, 13, 14. Elle s'applique tout particulièrement à la constitution des circuits imprimés souples pour les cartes à microcircuits électroniques, dites cartes à mémoire.

Description

Circuit imprimé souple, notamment pour carte à microcircuits électroniques, et carte incorporant un tel circuit.

L'invention a pour objet un circuit imprimé souple qui convient plus particulièrement aux cartes à microcircuits électroniques dont l'épaisseur et la souplesse satisfont aux normes ISO (International Standard Orgasisation) des cartes de crédit, et à une carte incorporant un tel circuit.

Une carte à microcircuits électroniques est une plaquette rectangulaire monobloc ou multicouches en matériau plastique, qui incorpore des microcircuits électroniques et présente extérieurement des contacts pour la connexion des dits microcircuits avec un appareil de traitement de cartes. Les microcircuits peuvent être destinés à des fonctions très diverses, telles que, par exemple, les opérations bancaires de débit et de crédit, l'allocation d'unités téléphoniques ou bien encore l'entrée confidentielle dans un milieu protégé. Ces microcircuits constituent généralement des circuits de traitement et/ou de mémoire plus ou moins complexes selon l'usage auquel ils sont destinés. Dans la pratique, ils sont formés habituellement sur au moins une plaquette de silicium appelée couramment circuit intégré, puce ou chip.

Un mode de réalisation connu d'une carte à microcircuits électroniques consiste à fixer dans une cavité de la carte un circuit imprimé portant -le circuit intégré et les contacts extérieurs de la carte. Le circuit imprimé est fait à partir d'une feuille mince en matériau souple tel que par exemle du polyester, du verre époxy ou bien encore un matériau plastique. Etant donné que le circuit imprimé pourvu des contacts et du circuit intégré doit être incorporé dans une carte dont ltépaisseur normalisée est de 0,762 mm, l'épaisseur de la feuille du circuit imprimé doit être de l'ordre de 0,13 mm par exemple.

L'invention se rapporte plus particulièrement à un circuit imprimé souple, dont l'extremite d'une face porte le circuit intégré, et l'autre extrémité de l'autre face présente les contacts de la carte. Les contacts sont ainsi décalés relativement au circuit intégré et sont reliés aux plots du circuit intégré par des conducteurs formés sur une face de la feuille. La face supérieure ou extérieure de la feuille du circuit imprimé est la face par laquelle les contacts sont accessibles au niveau de la carte, et l'autre face est dite face inférieure ou intérieure.

Dans un mode de réalisation connu, les conducteurs et les contacts associés sont formés sur la face supérieure de la feuille. Le circuit intégré est soudé aux extrémités correspondantes des conducteurs disposés en porte à faux dans une ouverture ménagée dans la feuille. Ces extrémités de conducteurs forment des plages facilitant leur connexion aux plots correspondants du circuit intégré.

L'avantage d'un tel circuit imprimé est d'être mince, du fait que l'épaisseur du circuit intégré ne s'ajoute pas a l'épaisseur de la feuille, étant donné que le circuit intégré est placé dans l'ouvertuye de la feuille.

Dans un autre mode de réalisation, c'est la face du circuit intégré opposée à celle portant les plots qui est fixée a la face inférieure de la feuille, et les plots du circuit intégré sont alors reliés aux extrémités correspondantes des conducteurs de la feuille par des fils conducteurs. Cette technique est appelée "Wire Bonding .

Le décalage des contacts relativement au circuit intégré peut être préféré notamment lorsque les normes d'emplacement imposent que les contacts soient par exemple au voisinage d'un petit côté de la carte sur sa grande médiane. Dans ce cas, il est préférable de laisser le circuit intégré dans un coin de la carte, c'est-à-dire dans un emplacement ou les contraintes à la flexion et à la torsion sont nettement plus faibles qutau niveau des contacts. En effet, les normes en vigueur édictent que la carte incorporant un tel circuit doit pouvoir subir un certain nombre de flexions sur l'une ou l'autre de ses médianes sans subir de détérioration. Par ailleurs, les normes ISO édictent que les contacts doivent être au nombre de six ou de huit, répartis de manière égale sur deux rangées parallèles à un petit côté de la carte.

L'ensemble constitué par le circuit imprimé et le circuit intégré est couramment appelé le bouton. Dans le cas envisagé par la présente invention, on parle d'un bouton à contacts décalés. Il existe en effet des circuits imprimé dans lesquels les contacts sont en face des plots du circuit intégré.

Le maintien du bouton dans la cavité de la carte est assuré, par exemple, par collage du circuit imprimé dans la cavité. Généralement, lorsque le bouton n'est pas en place, la cavité est ouverte sur l'une des faces de la carte, et c'est par l'ouverture considérée que le bouton peut être mis en place. Après mise en place du bouton, il est courant de recouvrir au moins la face de la carte sur laquelle débouche la cavité à l'aide d'une feuille de revêtement. Parfois, l'autre face est également recouverte d'une feuille de revêtement. Il arrive aussi que les feuilles de revêtement servent de support à des impressions diverses portant des renseignements ou bien encore des motifs décoratifs.

Généralement, les zones de contact avec l'extérieur sont réalisées sur le substrat du circuit imprimé de façon à se trouver du côté de la face de la carte sur laquelle débouche la cavité. Au cas où une feuille de revêtement est prévue sur cette face, ladite feuille de revêtement est pourvue d'ouvertures pour laisser les contacts accessibles de l'extérieur.

Cependant, les circuits imprimés souples à contacts décalés connus jusqu'alors présentent des inconvénients.

En effet, si les normes stipulent que les cartes doivent pouvoir subir un nombre déterminé de flexions ou de torsions, elles n'imposent pas que les cartes doivent résister à un nombre supérieur de contraintes. Bien entendu, les constructeurs essaient de faire évoluer leurs produits pour qu'ils résistent bien au-delà des normes, mais cela pose un certain nombre de difficultés. En particulier, bien que le bouton soit conçu pour avoir une souplesse suffisante, compatible avec la souplesse requise pour les cartes du type carte de crédit, il n'empêche que sa présence dans la cavité fragilise la carte qui l'incorpore. Le bouton, on le rappelle, est fixé à l'intérieur de la cavité de préférence par collage, de sorte qu'il est rendu solidaire de la carte et fait bloc avec celle-ci. Par ailleurs, l'épaisseur totale du bouton est inférieure å l'épaisseur totale de la carte, de sorte qu'il reste une épaisseur non négligeable du matériau ccnstitutif de la carte entre le fond de la cavité et la seconde face de la carte, opposée à celle sur laquelle la cavité est ouverte.

Une telle structure présente l'inconvénient majeur que le circuit imprimé, en raison de la présence des conducteurs et du circuit intégré, possède généralement une souplesse moins importante que celle de la carte. En conséquence, lorsque la carte subit des torsions ou des flexions particulières, il arrive parfois que le circuit imprimé parvienne à détériorer la carte. Ceci peut se traduire de différentes façons, selon que la carte est pourvue ou non d'une ou de deux couches de revêtement.

Dans tous les cas, les détériorations sont dues au fait -que le circuit imprimé est plus rigide que le reste de la carte, et se comporte un peu comme un emporte-pièce vis-àvis des parties de la carte dont il est solidaire ou proche. Ainsi, lorsque la carte ne comporte pas de cou#che de revêtement, il peut arriver que le circuit exerce une poussée contre la partie de la carte comprise entre le fond de la cavité et la seconde face, et que cette partie se déchire et se sépare de la carte ; lorsque l'une ou l'autre des couches de revêtement est présente, le circuit imprimé se comporte alors comme un emporte-pièce également a l'égard de cette ou de ces couches de revêtement. Il en résulte souvent que la carte devient inutilisable après avoir subi un certain nombre de contraintes.

On a envisagé, lors d'essais, des solutions particulières pour remédier à ces inconvénients. Une première solution testée a été de constituer la feuille mince du circuit imprimé à l'aide d'un matériau encore plus souple que ceux usuellement employés. Cette solution permet d'éviter la détérioration de la carte par le circuit imprimé, mais elle présente des inconvénients tout aussi préjudiciables au bon fonctionnement de l'ensemble. En-effet, un matériau plus souple que ceux usuellement employés est généralement plus élastique, et on constate que les tronçons de conducteurs électriques fixés sur la feuille se désolidarisent de celle-ci, ou bien encore se coupent. Il en résulte que la fiabilité d'une carte incorporant un tel circuit n'est pas assurée.

L'invention ne présente pas ces inconvénients.

Selon l'invention un circuit imprimé souple constitué d'une feuille mince formant un substrat portant au moins sur l'une de ses faces des éléments électriquement conducteurs, lesdits éléments étant répartis entre une première zone avec des plages de contact avec l'extérieur, et une seconde zone éloignée de la première avec des plages de contact pour la connexion aux plots correspondants d'un circuit intégré, et des conducteurs pour relier chaque plage de la première zone à une plage correspondante de la seconde, est caractérisé en ce que la feuille mince est pourvue d'au moins un évidement réalisé dans une partie de son épaisseur non en regard d'un élément conducteur.

.Ainsi, il est possible de réaliser la feuille mince à l'aide d'un matériau usuellement employé pour la constitution des circuits imprimés destinés aux cartes à mémoire, partant d'une épaisseur habituellement employée.

La présence d'au moins un évidement modifie la résistance mécanique du circuit imprimé ainsi constitué, et en particulier provoque son assouplissement global, de sorte qu'une carte incorporant un tel circuit imprimé subit moins de contraintes que les cartes de l'art antérieur.

Cependant, chaque tronçon d'élément conducteur est en regard d'une partie de la feuille mince présentant une épaisseur maximum, et donc les mêmes caractéristiques de rigidité que celles rencontrées dans les circuits de l'art antérieur, et il en résulte qu'un tel circuit imprimé est suffisamment rigide pour que, lorsqu'il subit des flexions, les conducteurs ne soient pas détériorés ; mais la présence de l'évidement l'assouplit suffisamment pour ne pas détériorer la carte qui l'incorpore.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront avec la description ci-après faite en regard des figures annexées sur lesquelles - la figure 1 illustre une première variante de réalisation d'un circuit imprimé conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue en coupe AA de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe BB de la figure 1 ; - la figure 4 est une vue de dessus d'une seconde variante de réalisation d'une carte conforme à l'invention ; - la figure 5 est une vue en coupe CC de la figure 4 ; - la figure 6 est une vue de dessus d'une carte englobant un circuit imprimé conforme à l'invention - et la figure 7 est une vue en coupe DD de la carte de la figure 6 lorsqutelle comporte un circuit imprimé réalisé conformément à la variante illustrée par la figure 4.

Sur la figure 1, on a représenté un circuit imprimé 10 constitué à partir d'une feuille mince 11, portant des conducteurs 12, des plages de contact avec l'extérieur 13, et des plages de contact 14 pour la connexion aux plots d'un circuit intégré 15 formant l'élément actif de la carte à mémoire. Les plages de contact avec l'extérieur 13 sont dans une première zone de la feuille, et les plages de contact 14 avec les plots du circuit intégré 15 sont dans une seconde zone de la feuille 11 éloignée de la première zone. Le rôle de chaque conducteur 12 est de relier une plage de contact 13 de la première zone à la plage de contact 14 correspondante de la seconde zone.

Dans l'exemple illustré par la figure 1, on a représenté six plages de contact dans chaque zone, de sorte que le circuit comporte six conducteurs 12. De préférence, et de façon connue en soi, une ouverture 16 est ménagée dans la feuille 11 pour accueillir le circuit intégré 15, et les plages de contact 14 avec les plots du circuit intégré 15 sont en porte à faux au-dessus de cette ouverture 16. Le
contact entre les plages 14 et les plots du circuit intégré 15 est assuré soit directement, soit par l'intermédiaire de fils, comme il a été exposé dans le préambule de la présente demande. Il résulte de ce qui précéde que la seconde zone est celle qui est connexe à l'ouverture 16 de réception du circuit intégré 15. Il est bien entendu que le nombre de contacts qui a été illustré n'est nullement limitatif. Il correspond simplement à l'une des normes actuellement en vigueur.D'autres normes prévoient que le circuit imprimé soit pourvu de huit zones de contact avec l'extérieur. En conséquence, dans ce cas, il faut prévoir huit conducteurs et huit zones de contact avec les plots du circuit intégré. Il va de soi que la présente invention s'applique aux circuits imprimés ayant un nombre de plages correspondant aux normes, mais ceci n'est nullement limitatif et la présente invention peut également s'appliquer à un nombre inférieur ou supérieur de plages de contact.

Conformément à la présente invention, des évidements 17 à 23 sont ménagés dans la feuille mince 11 en des emplacements non en regard des plages de contact ou des éléments conducteurs 12. Ainsi, dans l'exemple illustré par la figure 1, la feuille 11 est de forme rectangulaire, et les conducteurs 12 reliant les plages de contact sont répartis de façon à peu près uniforme à proximité de chaque grand côté de la feuille mince 11. Ainsi, dans l'exemple, trois conducteurs sont a proximité de chaque grand côté. Il résulte de cette dispostion qu'un emplacement est laissé libre par les plages de contact ou par les conducteurs à peu près au centre de la feuille mince 11, et c'est dans cet emplacement qu'on trouve des évidements 17, 18, 19, 20. De même, dans l'exemple illustré, des évidements 21, 22, 23 sont réalisés au milieu de la partie laissée libre entre les deux rangées de plages de contact 13 avec l'extérieur.

La forme, le nombre et la disposition des évidements peuvent être quelconques. Dans l'exemple illustré, on a représenté des évidements de forme allongée et des évidements de forme plus compacte. De même, les évidements peuvent être ménagés sur n'importe laquelle des faces principales de la feuille mince 11, ainsi que l'illustre l'évidement 20 représenté en traits interrompus pour signifier qu'il est sur la face non visible sur la figure.

Les figures 2 et 3 illustrent parfaitement ce qui vient d'être dit. Sur la figure 2, qui est une vue en coupe AA de la figure 1, on constate qu'un des évidements 19 ménagé à partir de la face visible du circuit imprimé sur la figure 1 est en regard d'un autre évidement 24 réalisé sur l'autre face de la feuille 11. Les évidements 17 et 18 ne sont pas en regard d'un autre, mais, dans l'exemple illustré, sont plus profonds que l'évidement 19.

Sur la figure 3, qui est une vue en coupe BB de la figure 1, on constate que les évidements 17 et 18 réalisés sur la face de la feuille mince portant les conducteurs 12 et les plages de contact 14 ne sont en regard d'aucun autre évidement ménagé sur la face opposée, de même que l'évidement 20 réalisé sur la face de la feuille mince 11 opposée à celle portant les conducteurs 12, ne se trouve en regard d'aucun évidement réalisé dans ladite face portant les conducteurs.

Les évidements illustrés par ces figures 1 à 3 peuvent être réalisés par la mise en oeuvre de procédés connus dans d'autres domaines. En particulier, ils peuvent être réalisés par fraisage, gravure laser, ou par tous autres procédés permettant d'obtenir ce résultat.

Les figures 4 et 5 illustrent une variante de réalisation dans laquelle des évidements 25 à 28 sont réalisés par un perçage complet de la feuille mince 11 et peuvent avoir des formes quelconques, alors que les autres évidements 29, 30 sont constitués par une simple cavité à partir de l'une des faces de la feuille mince 11. Il est clair qu'au lieu et place d'un perçage, on peut effectuer la jonction entre deux évidements réalisés l'un sur une face et l'autre sur une autre face de la feuille mince.

Toutes les variantes intermédiaires sont possibles, en particulier, les variantes dans lesquelles tous les évidements sont constitués par des perçages complets de part et d'autre de la feuille mince, ou bien encore tous les évidements constitués par des simples cavités sont réalisés sur une seule et même face de la feuille mince Il.

Enfin, dans une variante non illustrée, les évidements sont en forme de stries ou de fentes. Bien entendu, un même circuit imprimé peut comporter uniquement des stries, mais également des rainures ou des creux ou bien des trous de part en part de chaque face de la feuille mince.

La figure 6 illustre, vue de dessus, une carte 30 à microcircuits pourvue d'un circuit imprimé 10 conforme a l'invention. La carte 30 est réalisée à partir d'au moins une feuille en matériau souple formant le corps 31 dans laquelle est réalisée une cavité 32 pour recevoir le circuit imprimé 10 avec le circuit intégré 15. De préférence, après que le circuit imprimé ait été mis en place, la feuille 31 constitutive de la carte est recouverte d'une couche de revêtement 33 qui permet de fermer l'ouverture de la cavité et emprisonne le circuit imprimé dans l'épaisseur de la carte. Afin de permettre que les plages de contact 13 soient accessibles de l'extérieur, la couche de revêtement est pourvue d'ouvertures 34 en regard de chaque plage de contact 13 avec l'extérieur.

De façon connue, la couche de revêtement 33 peut être collée, ou bien encore fixée par pressage à chaud, de façon à réaliser une plastification du circuit imprimé entre la couche de revêtement et la feuille 31. Dans ce dernier cas, la cavité 32 n'est généralement pas réalisée avant, mais elle se crée d'elle même sous l'effet de la chaleur lors du pressage.

La figure 7 illustre, selon une coupe DD de la figure 6, l'architecture intérieure d'une carte incorporant un circuit imprimé 10 conforme à l'invention.

Sur cette figure, on a tout particulièrement illustré le cas où le circuit imprimé 10 utilisé est semblable à celui décrit en regard des figures 5 et 6, c'est-à-dire dans le cas où il comporte au moins un évidement constitué par un perçage ou une fente de part en part de la feuille mince 11.

Le plan de coupe DD est choisi dans la carte pour être confondu avec le plan de coupe CC du circuit imprimé illustré par les figures 4 et 5.

En effet, l'emploi d'un circuit imprimé 10 réalisé conformément à la variante de la figure 4, c'est-à-dire comportant au moins un évidement constitué par un perçage de part en part de la feuille mince présente des avantages supplémentaires à ceux conférés par la présente invention, lorsque le circuit imprimé 10 est fixé å l'intérieur de la cavité 32, par exemple par collage ou pressage à chaud.

Dans ce cas l'avantage particulier de l'emploi d'un circuit dont les évidements sont des perçages complets provient du fait que lors du collage, de la colle 35 parvient à fluer au travers des évidements 27, 28, traversant toute l'épaisseur de la feuille mince 11 du circuit imprimé ou bien, lors d'un pressage à chaud, la matière plastique constitutive de la couche de revêtement 33 et/ou du corps 31 de la carte parvient à fluer au travers des trous ; une meilleure cohésion de l'ensemble est assurée en raison du fluage de colle ou de matière, puisque la couche de revêtement est alors liée au fond de la cavité par les évidements, de sorte que le délaminage entre la couche de revêtement 33, le circuit imprimé 10 et le fond 36 de la cavité 32 est plus difficile à réaliser lorsque la carte subit des contraintes particulières.

Cependant, l'avantage principal de l'invention est dû à la réalisation d'évidements dans l'épaisseur de la feuille mince, en des emplacements non en regard d'éléments conducteurs. Cette réalisation entraîne, pour un circuit imprimé réalisé à partir d'une feuille mince dans un matériau connu, et à une épaisseur habituelle, une diminution de sa rigidité, donc une augmentation de sa souplesse, qui n'est cependant pas préjudiciable à la bonne tenue des conducteurs puisque ceux-ci sont toujours portés par une épaisseur de matériau suffisante, et sont ainsi dans des zones du circuit imprimé suffisamment rigides.

Claims

REVENDICATIONS

1. Circuit imprimé souple (10) constitué d'une feuille mince (11) formant un substrat portant sur au moins l'une de ses faces des éléments électriquement conducteurs (12, 13, 14), lesdits éléments étant répartis en une première zone comportant des plages de contact (13) avec l'extérieur, et une seconde zone éloignée de la première comportant des plages de contact (14) pour la connexion aux plots correspondants d'un circuit intégré (15), et en des conducteurs (12) pour relier chaque plage (13) de la première zone à une plage (14) correspondante de la seconde, caractérisé en ce que la feuille mince (11) est pourvue d'au moins un évidement (17...29) réalisé dans une partie de son épaisseur non en regard d'un élément conducteur (12, 13, 14).

2. Circuit imprimé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les évidements sont réalisés indifféremment à partir de l'une et/ou de l'autre des faces principales de la feuille mince (11).

3. Circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les évidements sont des cavités.

4. Circuit imprimé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les évidements sont constitués par des orifices (25, 26, 27, 28) traversant la totalité de l'épaisseur de la feuille mince (11) comprise entre ses deux faces principales.

5. Circuit imprimé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les évidements sont de forme et de dimensions quelconques.

6. Carte à microcircuits électroniques, caractérisée en ce qu'elle incorpore un circuit imprimé (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, associé à un circuit intégré (15) dont les plots sont reliés aux plages de contact (14) de la seconde zone du dit circuit imprimé (10).

7. Carte à microcircuits électroniques selon la revendication 6, caractérisée en ce que le circuit imprimé ( et le circuit intégré (15) sont fixés dans une cavité (32) ménagée dans le corps (31) de la carte.

8. Carte selon la revendication 7, caractérisée en ce que la cavité (32) est recouverte d'une couche de revêtement (33) pourvue d'ouvertures (34) laissant apparaitre les plages de contact (13) du circuit imprimé (10) avec l'extérieur.

9. Carte à microcircuits selon la revendication 8, caractérisée en ce que le circuit imprimé est fixé à l'intérieur de la cavité (32) par collage, et en ce que la colle (35) remplit chacun des évidements.

10. Carte à microcircuits selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit imprimé est fixé à l'intérieur de la cavité (32) par pressage à chaud et plastification entre la couche de revêtement (33) et le corps (31) de la carte.