FR2736453A1 - Support portable a microcircuit, notamment carte a puce, et procede de fabrication dudit support - Google Patents

Support portable a microcircuit, notamment carte a puce, et procede de fabrication dudit support Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un support portable à microcircuit, ainsi qu'un procédé de fabrication dudit support, comportant un corps de support (1) et un microcircuit (2) électriquement relié à des plots de contact (3). L'invention se caractérise en ce que ledit corps de support (1) ne comporte pas de module électronique, le microcircuit (2) étant logé dans une cavité (7) du corps de support (1) et étant relié aux plots de contacts (3) par des pistes conductrices (13). L'invention s'applique en particulier aux cartes à puce.

Description

SUPPORT PORTABLE A MICROCIRCUIT, NOTAMMENT CARTE A PUCE,
ET PROCEDE DE FABRICATION DUDIT SUPPORT
L'invention concerne un support à microcircuit, ainsi qu'un procédé de fabrication dudit support.
Les supports à microcircuit visés par la présente invention sont des objets portables, destinés à être transportés sans peine par leur propriétaire, par exemple dans une poche. Ils permettent de réaliser diverses opérations telles que des opérations bancaires et sont introduits à cet effet dans un lecteur qui va lire et/ou écrire le contenu du microcircuit.
Aujourd'hui, ces supports ont des dimensions normalisées. Il s'agit, en particulier, de cartes à puce dont la norme usuelle ISO 7810 correspond à une carte de format standard de 85 mm de longueur, de 54 mm de largeur, et de 0,76 mm d'épaisseur. Ces cartes comportent toujours un corps de carte ainsi qu'un module électronique ou micromodule inclus dans le corps de carte, ledit module électronique ou micromodule assurant la totalité des fonctions électroniques de la carte tout en protégeant le microcircuit contre les différentes contraintes que subira ladite carte lors de son utilisation.
Le module électronique se compose d'une puce assemblée sur un tiers corps et connectée, par des fils de connexion, à des plots de contact dudit tiers corps.
Toutefois, selon le tiers corps utilisé, on connait différents types de modules électroniques et, par suite, différents procédés de fabrication des cartes à puce qui présentent tous une première étape dans laquelle on assemble la puce sur le tiers corps en vue de former ledit module électronique que l'on reporte ultérieurement dans le corps de carte.
Dans un premier procédé, le module électronique est formé selon trois opérations principales de collage de la puce sur une grille métallique ou lead frame, de soudage de fils de connexion de la puce sur ladite grille formant plots de contact, et de protection de l'ensemble, puce collée sur la grille et fils de connexion, par une résine thermodurcissable.
Dans un second procédé, le module électronique est, de même, formé selon trois opérations principales.
Ces étapes consistent en un collage de la puce dans une ouverture pratiquée dans un diélectrique contrecollé avec un métal formant circuit imprimé, un soudage de fils de connexion de la puce à la partie métallique dudit circuit au travers de puits ménagés dans le diélectrique, et une protection de l'ensemble, puce collée sur le circuit imprimé et fils de connexion, par une résine thermodurcissable.
Enfin, dans un troisième procédé, le module électronique est, là aussi, formé selon trois opérations principales de collage de la puce dans un boîtier dont l'une des parois constitutives est métallisée double-face, de soudage de fils de connexion de la puce aux métallisations de la face interne de la paroi métallisée double-face et, éventuellement, d'une dernière étape de protection de la puce et des fils de connexion par une résine ou par un couvercle collé, scellé ou brasé.
L'étape d'assemblage de la puce et du tiers corps grève les coûts de fabrication des cartes à puce, cette fabrication nécessitant la présence d'une chaîne de fabrication comportant de multiples opérations. D'autre part, les cartes à puce alors obtenues par report du module électronique dans le corps de carte sont soumises, lors de leur utilisation, à des contraintes en torsion et en flexion qui sont parfois suffisantes pour induire un décollement du module électronique. Il est d'ailleurs possible de détacher sans difficulté excessive, dans lesdites cartes à puce, ledit module électronique du corps de carte, ce qui permet aux fraudeurs de reporter ce module dans un corps de carte différent.
La présente invention a pour but de proposer un nouveau procédé de fabrication d'une carte à puce qui pallie les inconvénients précités, et qui permette en particulier de ne plus mettre en oeuvre l'étape d'assemblage du module électronique, les cartes à puce alors obtenues selon le procédé de l'invention étant moins sensibles aux contraintes en torsion et en flexion et rendant toute fraude par report de l'électronique de la carte dans un autre corps de carte beaucoup plus complexe.
Ce but, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, est atteint grâce à une carte à puce ne comportant pas de micromodule, la puce elle-même étant directement reportée dans une cavité du corps de carte dans laquelle on a déposé des pistes conductrices.
Aussi, l'invention a pour objet un support portable à microcircuit, notamment carte à puce, composé d'un corps de support et d'un microcircuit électriquement relié à des plots de contact affleurant à une surface dudit corps, caractérisé en ce que ledit corps de support ne comporte pas de module électronique ou micromodule, mais en ce que le microcircuit est logé dans une cavité du corps de support et est électriquement relié auxdits plots de contact par des pistes conductrices disposées dans ladite cavité.
En outre, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un tel support, selon lequel
- on réalise le corps du support
- on ménage, dans ledit corps, une cavité et caractérisé en ce que
- on dépose, dans la cavité, une ou plusieurs pistes conductrices ;
- on reporte le microcircuit dans cette cavité ; et
- on connecte ledit microcircuit, reporté dans ladite cavité, aux pistes conductrices.
La description qui va suivre, et qui ne comporte aucun caractère limitatif, permettra de mieux comprendre la manière dont l'invention peut être mise en pratique.
Elle doit être lue au regard des dessins annexés, dans lesquels
- les figures 1A et 1B présentent, en coupe transversale, une carte à puce selon deux modes de réalisation l'invention
- la figure 2 présente, en vue de dessus, une carte à puce selon l'invention
- la figure 3A montre, en vue de dessus, une portion d'un corps de carte comportant une cavité pour la fabrication d'une carte selon l'invention
- la figure 3B est une coupe transversale selon I
I de la portion du corps de carte montrée en figure 3A
- la figure 4A montre, en vue de dessus, une portion d'un corps de carte comportant une cavité recouverte d'un masque pour la fabrication d'une carte selon l'invention
- la figure 4B est une coupe transversale selon
II-II de la portion du corps de carte montrée en figure 4A
- la figure 5A montre, en vue de dessus, une portion d'un corps de carte sur laquelle on a déposé un premier agent destiné à permettre une métallisation formant des pistes conductrices pour la fabrication d'une carte selon un premier mode de réalisation de l'invention
- la figure 5B est une coupe transversale selon
III-III de la portion du corps de carte montrée en figure 5A ;;
- la figure 6A montre, en vue de dessus, une portion du corps de carte sur laquelle on a déposé des pistes conductrices pour la fabrication d'une carte selon le premier mode de réalisation l'invention
- la figure 6B est une coupe transversale selon
IV-IV de la portion du corps de carte montrée en figure 6A
- la figure 7 montre, en coupe transversale, une portion d'un corps de carte sur laquelle on a appliqué une feuille métallisée pour la fabrication d'une carte selon une seconde variante d'un procédé selon l'invention
- la figure 8 montre, en coupe transversale, une portion du corps de carte dans laquelle on procède à un estampage selon le second mode de réalisation de l'invention
- les figures 9 et 10 illustrent, en vue de dessus, le report et la connexion d'une puce aux pistes conductrices pour la fabrication d'une carte selon l'invention ; et
- les figures llA, llB et llC montrent, en vue de dessus (figure llA) ou en coupe (figure llB et lac), une portion d'une carte selon l'invention.
L'invention concerne un support à microcircuit. Ce
support est, dans l'exemple de réalisation choisi de la
présente description, une carte à puce.
Une carte à puce selon l'invention ne comporte pas
de module électronique ou micromodule mais un corps de
carte 1 et une puce électronique 2 électriquement relié
à des plots de contact 3 affleurant à la surface 4
dudit corps 1.
Le corps de carte 1 se compose d'une ou plusieurs
couches ou épaisseurs, par exemple une, la couche 5.
Cette couche 5 est réalisée, par exemple en ABS
(acrylonitrile-butadiène-styrène), PVC (polychlorure de
vinyle), PVAc (polychlorure de vinyle acétique), PC
(polycarbonate), PC/ABS, PET (polyéthylène),
polystyrène, polypropylène, ou dans un dérivé de la
cellulose. Toutefois, tout autre matériau, notamment
thermoplastique ou thermodurcissable, conviendra à leur
réalisation, s'il confère, au corps de carte 1, des
qualités demandées de rigidite en flexion, de
résistance aux chocs, de stabilité dimensionnelle, de
couleur et d'imprimabilité.
Le corps de carte 1 comporte une cavité 7, ménagée
dans la couche 5, et débouchant à la surface 4, à une
position se trouvant au centre des huit contacts
normalisés. Le relief de cette cavité 7 peut être
quelconque. Toutefois, il est, dans l'exemple ici
décrit, sensiblement parallélépipédique rectangle et
ladite cavité 7 présente alors un fond 8 ainsi que
quatres parois latérales 9, 10, 11, 12 qui se font
face. On notera que, bien souvent, en pratique, les
parois latérales 9, 10, 11, 12 définissent une cavité 7
à section oblongue plutôt que rectangulaire. La
profondeur de la cavité 7 est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre, par exemple six dixièmes de millimètre, tandis que sa longueur et sa largeur sont respectivement de l'ordre de 10 et 5 mm. Ces dimensions sont très limitées par rapport aux dimensions du corps de carte 1.
Une ou plusieurs pistes conductrices 13, par exemple huit pour une carte à contacts classique, sont disposées dans la cavité 7, appliquées partiellement sur son fond 8, partiellement sur ses parois latérales 9, 10, 11, 12 et elles débouchent à la surface 4 où elles forment les plots de contact 3. Ces pistes 13 sont donc directement au contact du corps de carte 1.
Elles sont formées de bandes métallisées continues rangées côte à côte, quatre d'un côté de la cavité 7, quatre de l'autre, symétriquement. La largeur des pistes 13 est inférieure au millimètre environ. Elles sont plus larges sur les parois 9, 10 , 11, 12 et à l'extérieur de la cavité 7, que sur son fond 8. Leur épaisseur est de quelques micromètres. Dans un exemple, les pistes 13 seront composées de quelques micromètres de cuivre, quelques dixièmes de micromètre de nickel et de quelques dixièmes de micromètre d'or. Les pistes 13 ont pour fonction de conduire le courant électrique de la puce 2 jusqu'aux plots de contact 3 pour un couplage électrique de la carte avec un lecteur de cartes non représenté sur les figures.
La puce 2 est une pastille de silicium sur laquelle est implanté un circuit intégré. Elle est logée dans la cavité 7, disposée sensiblement au centre du fond 8 de celle-ci, de manière à ce qu'elle soit située sensiblement à égale distance des extrémités des pistes conductrices 13 dudit fond 8. Ces dimensions sont, dans le sens de la largeur de la cavité 7, inférieures ou égales à quatre millimètres environ et, dans le sens de la longueur de ladite cavité 7, limitées par cette longueur. Elle comporte, sur sa partie supérieure, huit plages de connexion 14 connectées chacune par un fil de connexion 15 de très faible diamètre, de l'ordre de 25 à 30 micromètres, aux extrémités précitées des pistes conductrices 13. La puce 2 est alors reliée électriquement aux plots de contact 13 de la carte.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention représenté en figure 1B et communément appelé flip chip, la puce 2 est montée à l'envers, c'est-à-dire de manière à ce que ses plages de connexion 14 soient situées vers le fond de la cavité 7. Dans ce cas, les pistes 13 se prolongent au fond 8 de ladite cavité 7, sous la puce 2. La connexion de la puce 2 aux pistes 13 s'effectue par l'intermédiaire d'une colle époxy chargée argent 24 ou d'un adhésif électriquement conducteurs.
La puce 2, les fils de connexion 15 éventuels, ainsi que les extrémités des pistes conductrices 13 du fond 8 de la cavité 7 sont enrobés d'une résine 16 non conductrice destinée à les protéger. Ainsi que cela est représenté à la figure 1A, cette résine 16 peut remplir entièrement la cavité 7.
Lorsque la carte décrite ci-dessus subit des contraintes de torsion et de flexion, le corps de carte 1 se tord ou se courbe sur toute sa surface. Cependant, il n'existe, à l'endroit de la cavité 7, aucune structure rigide de grande dimension qui ne soit susceptible de supporter une flexion. Ainsi, contrairement à ce qu'il se passe pour les cartes à module électronique, les contraintes précitées n'engendrent aucune rupture à l'interface entre le corps de carte 1 et la cavité 7 d'une carte selon l'invention. De plus, si l'on tente d'extraire à force l'électronique 2 du corps de carte 1, on déchire alors les pistes 13 et on rompt les fils de connexion 15, ce qui rend la fraude par report ultérieur de l'électronique 2 dans un autre corps de carte 1 excessivement difficile.
Le procédé de fabrication de cartes à puce selon l'invention comporte différentes étapes.
Selon une première et une seconde étape de ce procédé, on réalise le corps de carte 1 et on ménage, dans ledit corps 1, la cavité 7.
Pour la réalisation du corps de carte 1 présenté aux figures 3A et 3B, on peut procéder par colamination. La couche 5 est alors composée de plusieurs sous-couches soudées par application de contraintes de pression et de température. Toutefois, on procédera avantageusement par injection d'un thermoplastique dans un moule au format carte ou par coulage d'une résine thermodurcissable, lesdits procédés permettant de combiner les première et seconde étapes précitées de l'invention en plaçant un noyau dans le moule, ledit noyau permettant de ménager la cavité 7 dans le corps de carte 1 en même temps que l'on réalise ce dernier. Bien entendu, les première et seconde étapes précitées restent toujours dissociables dans le temps et, dans le but de ménager la cavité 7 dans un corps de carte 1 préalablement réalisé, on procédera par usinage avec fraisage, les paramètres du fraisage étant choisis de façon à ce que les dimensions de ladite cavité 7 soient définies avec précision, sans bavure.
Selon une autre étape du procédé de l'invention, on dépose, dans la cavité 7, les pistes conductrices 13.
Dans un premier mode de réalisation de cette autre étape présenté aux figures 4A, 4B, 5A, 5B, 6A et 6B, on dépose, dans la cavité 7, à l'endroit des pistes conductrices 13, un premier agent 17 destiné à permettre une métallisation par un second agent métallique 18. L'agent 17 joue en fait le rôle d'un catalyseur pour le dépôt métallique par l'agent 18.
Pour se faire, on nettoie préalablement le fond 8, les parois 9, 10, 11, 12 et les bords de la cavité 7, afin que ceux-ci soient parfaitement exempts de tout élément polluant ou résidu provenant, en particulier, des étapes précédentes du moulage et démoulage, ou d'additifs ayant migrés en surface et de corps gras. Ce nettoyage peut consister en un dégraissage. En outre, on traite préférablement le fond 8, les parois 9, 10, 11, 12 et les bords de la cavité 7, de manière à augmenter leur rugosité, et favoriser l'adhérence de l'agent 17 ainsi que, ultérieurement, celle des pistes conductrices 13 alors plus difficilement séparables de la cavité 7. Ce traitement est, dans un exemple, mécanique de type sablage ou microbillage.
Puis, ainsi que cela est illustré aux figures 4A et 4B, on place un masque 19, épousant le relief de la cavité 7 et recouvrant ses bords, ledit masque 19 comportant des ouvertures 20 qui définissent le parcours particulier des pistes 13. L'agent 17, avantageusement liquide, est alors pulvérisé à la surface du masque 19 par une buse de pulvérisation 21 que l'on amène à la verticale de la cavité 7. I1 est ainsi déposé sur le fond 8, les parois 9, 10, 11, 12, et les bords de la cavité 7, uniquement aux endroits définis par les ouvertures 20. Une fois que le masque 19 est retiré de la cavité 7 (figures 5A et 5B), cette dernière laisse apparaître des bandes constituées de l'agent 17 aux endroits des pistes 13.
L'agent 17 est, dans un exemple, un catalyseur a base de palladium décrit dans la demande de brevet européen publiée sous le numéro EP-A-O 243 794 qu'on a mis en solution dans un solvant adéquat, par exemple de l'eau. Une fois pulvérisé, le solvant est évaporé puis le catalyseur est activé par un activateur, notamment l'énergie thermique ou un rayonnement actinique en particulier ultra-violet (W).
Le second agent 18 est avantageusement une solution liquide métallique. Selon l'invention, on plonge le corps de carte 1, portant le catalyseur de l'agent 17 activé, dans un ou plusieurs bains appropriés d'agent 18, par exemple à base de cuivre, de nickel, ou d'or. On choisit des bains permettant un dépôt métallique à une température proche de la température ambiante, inférieure à la température de ramollissement du matériau constituant le corps de carte 1, par exemple 600C pour 1'ABS. Le dépôt métallique s'effectue alors sans intervention du courant, c'est-à-dire selon un procédé dit electroless, qui permet de s'affranchir des électrodes d'amenée du courant nécessaires dans un procédé électrolytique.En effet, la mise en place, dans la cavité 7 de très petite dimension, de plusieurs électrodes, une par piste conductrice 13, est bien moins pratique qu'un simple trempage.
Dans un second mode de réalisation de l'étape de dépôt des pistes métallisées 13 présenté aux figures 7 et 8, on effectue un estampage à chaud d'une feuille métallique 22, par exemple multicouches à base de cuivre, nickel et d'or. A cet effet, on recouvre la cavité 7 par la feuille métallique 22, puis un outil 23 de géométrie adaptée à la cavité 7 repousse la feuille 22 dans celle-ci et la découpe conformément au tracé des pistes 13 (figures 7 et 8).
Ainsi que cela est représenté à la figure 9, une autre étape du procédé de l'invention propose un report direct de la puce 2 elle-même dans la cavité 7. La puce 2 est avantageusement collée par une colle polymérisant à la température inférieure à la température de ramollissement du corps de carte 1. Dans le cas où la puce 2 nécessite une mise à la masse par sa face arrière, on dépose, à l'emplacement correspondant de celle-ci, dans la cavité 7, une plage d'accueil métallisée ou on prolonge une des bandes conductrices 13, la bande conductrice destinée à la mise à la masse, afin qu'elle vienne se placer sous la puce 2. La colle utilisée dans ces cas est, par exemple, une colle époxy bicomposant chargée de particules d'argent, qui conduit l'électricité.
La figure 10 montre la connexion de la puce 2, reportée dans la cavité 7, aux pistes conductrices 13.
Cette connexion est effectuée par soudage des fils de connexion d'aluminium 15 à la fois, aux plages de contact 14 de la puce 2 et aux extrémités correspondantes des pistes conductrices 13. Cette opération est réalisée par ultrasons, selon un procédé appelé wedge bounding.
On notera que, dans le mode de réalisation présenté en figure 1B, le report de la puce 2 dans la cavité 7 s'effectue après le dépôt, dans ladite cavité 7, de la colle 24 ou de l'adhésif, ladite colle 24 ou ledit adhésif polymérisant à une température inférieure à la température de ramollissement du corps de carte.
Les figures llA, llB et llC illustrent l'étape d'enrobage de la puce 2 par la résine 16. A cet effet, on dépose simplement une goutte de résine 16, dans la cavité 7, sur la puce 2. Cette résine 16 polymérise avantageusement à une température inférieure à la température de ramollissement du corps de carte 1, avantageusement à une température proche de la température ambiante. Cette polymérisation peut, par ailleurs, être induite par un rayonnement actinique, W par exemple.
Tel que décrit ci-dessus, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre dans une fabrication de cartes à puce en grande série, en ne nécessitant qu'une chaîne unique de fabrication, aucun module électronique n'étant en effet monté séparément, sur une autre chaîne.

Claims (19)

REVENDICATIONS
1. Support portable à microcircuit, notamment carte à puce, composé d'un corps de support (1) et d'un microcircuit (2) électriquement relié à des plots de contact (3) affleurant à une surface (4) dudit corps (1), caractérisé en ce que ledit corps de support (1) ne comporte pas de module électronique ou micromodule.
2. Support portable à microcircuit, notamment carte à puce, composé d'un corps de support (1) et d'un microcircuit (2) électriquement relié à des plots de contacts (3) affleurant à une surface (4) dudit corps (1), caractérisé en ce que ledit microcircuit (2) est logé dans une cavité (7) du corps de support (1) et est électriquement relié auxdits plots de contact (13) par des pistes conductrices (13) disposées dans ladite cavité (7).
3. Support à microcircuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la profondeur de la cavité (7) est de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre, tandis que sa longueur et sa largeur sont respectivement de l'ordre de 10 et 5 mm.
4. Support à microcircuit selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les pistes conductrices (13) sont appliquées partiellement sur un fond (8) de la cavité (7), partiellement sur ses parois latérales (9, 10, 11, 12).
5. Support à microcircuit selon l'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les pistes conductrices (13) débouchent à la surface (4) du corps de carte (1) où elles forment les plots de contact (3).
6. Support à microcircuit selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que ledit microcircuit (2) est disposé au fond (8) de la cavité (7) et comporte sur sa partie supérieure, des plages de connexion (14).
7. Support à microcircuit selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le microcircuit (2) est connecté aux plages conductrices (13) par des fils de connexion (15) et en ce que ledit microcircuit (2) ainsi que lesdits fils de connexion (15) sont enrobés d'une résine (16).
8. Support à microcircuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que la résine (16) remplit entièrement la cavité (7).
9. Procédé de fabrication d'un support à microcircuit, notamment carte à puce, comprenant un corps de support (1) lequel corps de support (1) comprend un microcircuit (2) électriquement relié à des plots de contact (3) affleurant à une surface (4) dudit corps (1), selon lequel
- on réalise le corps de support (1)
- on ménage, dans ledit corps (1), une cavité (7) ; et caractérisé en ce que
- on dépose, dans la cavité (17), une ou plusieurs pistes conductrices (13)
- on reporte le microcircuit (2), dans cette cavité (7) ; et,
- on connecte ledit microcircuit (2) reporté dans ladite cavité (7), aux pistes conductrices (13).
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les pistes conductrices (13) sont déposées, partiellement sur un fond (8) de la cavité (7), partiellement sur ses parois latérales (9, 10, 11, 12), et débouchent de ladite cavité (7) sur ses bords extérieurs.
11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que, pour le dépôt des pistes conductrices (13), on dépose, dans la cavité (7), à l'endroit desdites pistes (13), un premier agent (17) destiné à permettre une métallisation par un second agent (18) métallique.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le premier agent (17) est déposé sous une forme liquide.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le premier agent (17) est pulvérisé.
14. Procédé selon l'une des revendications 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que le second agent (18) est déposé par trempage dans un ou plusieurs bains comportant un agent métallique.
15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que, pour le dépôt des pistes conductrices (13), on place un masque (19) comportant des ouvertures (20) définissant un parcours particulier des pistes (13).
16. Procédé selon la revendication 15 caractérisé en ce que le masque (19) épouse le relief de la cavité (7).
17. Procédé selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisé en ce que, on traite le fond (8) et ou les parois latérales (9, 10, 11, 12) de la cavité (7) en vue d'augmenter leur rugosité.
18. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'on effectue un estampage d'une feuille métallique (22).
19. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'estampage est effectué par un outil d'estampage (23) qui pénètre dans la cavité (7).
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