FR2795235A1 - METHOD FOR PRODUCING DEVICES COMPRISING A CHIP ASSOCIATED WITH A CIRCUIT ELEMENT AND DEVICES OBTAINED - Google Patents
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Abstract
Description
PROCEDE <B>DE</B> REALISATION <B>DE DISPOSITIFS COMPRENANT UNE</B> <B>PUCE</B> ASSOCIEE <B>A UN</B> ELEMENT <B>DE CIRCUIT</B> <B>ET DISPOSITIFS OBTENUS</B> La présente invention concerne un dispositif comportant un circuit intégré sous forme de puce, associé à un composant, par exemple une interface de communication, pour former un tout intégré. DEVICE <B> PROCESS <B> OF DEVICES COMPRISING A </ B> <B> CHIP </ B> ASSOCIATED WITH <B> CIRCUIT ELEMENT <B> </ B> </ B> The present invention relates to a device comprising an integrated circuit in the form of a chip, associated with a component, for example a communication interface, to form an integrated whole.
Plus particulièrement, l'invention permet de réaliser des modules composés d'au moins une puce et du composant associé à partir de la technologie dite de silicium sur isolant. Cette technologie permet d'obtenir des puces dont la partie active en silicium est d'une très grande minceur, celle-ci pouvant être de l'ordre de 10 microns ou moins. En raison de la grande minceur des puces, il est nécessaire, selon cette technologie, de prévoir un substrat protecteur dont le rôle est de maintenir un ensemble de puces durant les diverses étapes de leur fabrication et de permettre la manipulation des puces lors de leur découpage et de leur report sur un support définitif auquel elles sont destinées. More particularly, the invention makes it possible to produce modules composed of at least one chip and the associated component from so-called silicon on insulator technology. This technology makes it possible to obtain chips whose active silicon portion is very thin, which may be of the order of 10 microns or less. Because of the great thinness of the chips, it is necessary, according to this technology, to provide a protective substrate whose role is to maintain a set of chips during the various stages of their manufacture and to allow the handling of chips during their cutting and their postponement on a definitive support for which they are intended.
Cette technologie de réalisation de puces très minces sur substrat protecteur est décrite notamment dans le document brevet WO-A-9802921 au nom de la société KOPIN. Le contenu de ce document est connu de l'homme du métier et les détails concernant les différentes étapes de réalisation des puces et de leur substrat protecteur ne seront pas répétées ici par souci de concision. This technology for producing very thin chips on a protective substrate is described in particular in the patent document WO-A-9802921 in the name of the company KOPIN. The content of this document is known to those skilled in the art and the details of the various steps of making the chips and their protective substrate will not be repeated here for the sake of brevity.
On rappelle dans ce qui suit les caractéristiques générales des produits issus de cette technologie par référence aux figures 1 et 2. La figure 1 est une vue en plan montrant une partie d'une plaquette 12 issue de la technologie dite de silicium sur isolant (en anglais SOI pour "silicon on insulator"). Les puces 2 sont disposées en lignes de rangées sur un substrat protecteur isolant 4, typiquement du verre, qui constitue la corps de la plaquette 12. Ce substrat isolant 4 sert entre autres à faciliter la manipulation des puces 2, qui sont souples et fragiles en raison de leur minceur (de l'ordre de 10 microns). The general characteristics of the products resulting from this technology will be recalled in the following with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a plan view showing a portion of a wafer 12 derived from so-called silicon on insulator technology (in English SOI for "silicon on insulator"). The chips 2 are arranged in rows of rows on an insulating protective substrate 4, typically glass, which constitutes the body of the wafer 12. This insulating substrate 4 serves inter alia to facilitate the handling of the chips 2, which are flexible and fragile in nature. because of their thinness (of the order of 10 microns).
Chaque puce 2 est retenue sur le substrat protecteur de verre 4 par des plots adhésifs 6. Ces plots adhésifs 6 sont constitués par des petites aires rectangulaires, tournées à 45 par rapport aux côtés des puces 2 et placées sur les coins respectifs de chaque puce, de sorte qu'en dehors de la périphérie de la plaquette 12 un plot 6 recouvre quatre coins réunis de quatre puces différentes. Each chip 2 is retained on the glass-protecting substrate 4 by adhesive pads 6. These adhesive pads 6 are constituted by small rectangular areas, turned at 45 relative to the sides of the chips 2 and placed on the respective corners of each chip, so that outside the periphery of the wafer 12 a pad 6 covers four united corners of four different chips.
La figure 2 est une vue en coupe partielle selon l'axe II-II' du la figure 1 qui montre la structure d'un ensemble composé d'une puce 2, des plots adhésifs 6 et du substrat protecteur, en l'occurrence du verre. FIG. 2 is a partial sectional view along the axis II-II 'of FIG. 1 which shows the structure of an assembly composed of a chip 2, adhesive pads 6 and the protective substrate, in this case the glass.
La puce 2 présente vers l'un ou plusieurs de ces bords des plots de connexion électrique 8 qui permettent de relier le circuit réalisé sur la puce avec l'extérieur. Chaque plot de connexion est réalisé par un bossage 8, connu plus généralement sous le terme anglo-saxon de "bump". Les bossages 8 de la puce 2 constituent des points en protubérance à partir de l'une ou l'autre des faces 2a ou 2b de la puce 2, permettant les interconnexions nécessaires avec une interface de communication. The chip 2 has towards one or more of these edges electrical connection pads 8 which connect the circuit made on the chip with the outside. Each connection pad is made by a boss 8, known more generally under the Anglo-Saxon term "bump". The bosses 8 of the chip 2 are protruding points from one or other of the faces 2a or 2b of the chip 2, allowing the necessary interconnections with a communication interface.
Dans l'exemple illustré, les bossages 8 sont formés sur la face 2a de la puce 2, qui est tournée vers le substrat protecteur en verre 4. Cependant, les bossages 8 peuvent aussi être formés sur la face 2a de la puce tournée vers l'extérieur relativement au substrat protecteur 4. In the illustrated example, the bosses 8 are formed on the face 2a of the chip 2, which faces the protective glass substrate 4. However, the bosses 8 may also be formed on the face 2a of the chip facing the outside relative to the protective substrate 4.
Chaque bossage 8 a une forme sensiblement ogivale permettant d'assurer un bon contact mécanique et électrique avec une plage de connexion correspondante au niveau de son interface de communication. Each boss 8 has a substantially ogival shape to ensure a good mechanical and electrical contact with a corresponding connection pad at its communication interface.
Typiquement, l'épaisseur el des plots adhésifs 6 est suffisante pour que le sommet des bossages 8 ne soit pas en contact avec la face 4a du substrat protecteur 4 qui lui est en regard. Typically, the thickness el of the adhesive pads 6 is sufficient so that the top of the bosses 8 is not in contact with the face 4a of the protective substrate 4 facing it.
On notera que la technologie<B>soi</B> permet actuellement de réaliser de puces 2 dont l'épaisseur hors tout est de l'ordre de 10 microns, voire substantiellement moins. Cette dimension comprend d'une part l'épaisseur e2 de l'ensemble de la couche formant la puce 2 et d'autre part les surélévations e3 au niveau des plots de connexion 8. It should be noted that the technology <B> soi </ B> currently makes it possible to make chips 2 whose overall thickness is of the order of 10 microns, or even substantially less. This dimension comprises on the one hand the thickness e2 of the entire layer forming the chip 2 and on the other hand the elevations e3 at the connection pads 8.
Dans l'exemple représenté à la figure 2, l'épaisseur e2 de la couche de la puce 2 est de l'ordre de 5 microns et le relief e3 des bossages 8 est également de l'ordre de 5 microns. In the example shown in Figure 2, the thickness e2 of the layer of the chip 2 is of the order of 5 microns and the relief e3 bosses 8 is also of the order of 5 microns.
Conformément aux pratiques classiques, on découpe la plaquette le long des lignes D de séparation des puces individuelles afin d'obtenir, pour chaque puce, un ensemble 14 composé de la puce elle-même, la portion de substrat protecteur 4 se trouvant directement sous la puce et les parties des plots adhésifs aux coins de la puce, retenant celle-ci au substrat protecteur. In accordance with conventional practices, the wafer is cut along the separation lines D of the individual chips in order to obtain, for each chip, an assembly 14 composed of the chip itself, the portion of the protective substrate 4 directly under the chip and the adhesive pad portions at the corners of the chip, retaining it to the protective substrate.
Ensuite, la puce est reportée sur son support définitif, celui-ci pouvant être par exemple un boîtier de composant électronique ou une carte de circuit imprimé. Une fois le report effectué, on retire le substrat protecteur 4 avec les parties des plots adhésifs 6. Le substrat protecteur 4, ayant alors rempli sa fonction, est ensuite jeté. Then, the chip is transferred to its final support, which may be for example an electronic component box or a printed circuit board. Once the transfer is carried out, the protective substrate 4 is removed with the parts of the adhesive pads 6. The protective substrate 4, having then fulfilled its function, is then discarded.
Le retrait du substrat protecteur 4 est une opération délicate, étant donné la faible tenue mécanique de la couche de silicium qui constitue la puce 2. Les techniques habituelles utilisées sont le clivage, qui est une opération consistant à découper autour des plot adhésifs 6 pour libérer la puce 2, ou le pelage du substrat du substrat protecteur 4, si la puce est suffisamment bien retenue sur son support de report. The removal of the protective substrate 4 is a delicate operation, given the low mechanical strength of the silicon layer which constitutes the chip 2. The usual techniques used are cleavage, which is an operation of cutting around the adhesive pads 6 to release the chip 2, or the peeling of the substrate of the protective substrate 4, if the chip is sufficiently well retained on its transfer medium.
Si la puce 2 est destinée à être associée à un autre composant, par exemple une antenne pour réaliser une interface de communication sans contact, il est nécessaire de prévoir ce composant sur ou à proximité du support sur lequel la puce est reportée. Ensuite, on établit une interconnexion entre la puce et le composant. Cette interconnexion peut être réalisée par un contact direct entre la puce et le composant, ou par des moyens d'amenée de courant reliant ces derniers. If the chip 2 is intended to be associated with another component, for example an antenna to achieve a contactless communication interface, it is necessary to provide this component on or near the support on which the chip is reported. Then, there is an interconnection between the chip and the component. This interconnection can be achieved by a direct contact between the chip and the component, or by means of current supply connecting them.
on constate que les opérations de retrait du substrat protecteur et de réalisation de certains composants sur le support de report sont difficiles à effectuer, qu'ils nécessitent un outillage complexe et sont susceptibles d'endommager le composant, ce qui entraîne des pertes de rendement. it can be seen that the operations for removing the protective substrate and for making certain components on the transfer support are difficult to carry out, that they require complex tools and are liable to damage the component, which leads to yield losses.
Au vu de ces problèmes, la présente invention propose un procédé de fabrication de dispositifs électroniques, chacun comportant au moins une puce connectée électriquement à au moins un élément de circuit, la puce se présentant sous forme de couche très mince associée à un substrat protecteur, caractérisé en ce que l'on réalise au moins une partie de l'élément de circuit sur le substrat protecteur, ce dernier formant une partie intégrante du dispositif fabriqué. In view of these problems, the present invention proposes a method for manufacturing electronic devices, each comprising at least one chip electrically connected to at least one circuit element, the chip being in the form of a very thin layer associated with a protective substrate, characterized in that at least a portion of the circuit element is made on the protective substrate, the latter forming an integral part of the manufactured device.
Ainsi, la présente invention permet d'intégrer de manière efficace et élégante un élément qui, dans l'état de la technique, est considéré comme parasite après avoir rempli sa fonction de protection durant la fabrication. Thus, the present invention makes it possible to efficiently and elegantly integrate an element which, in the state of the art, is considered as parasitic after having fulfilled its protective function during manufacture.
Qui plus est, du fait que l'on garde l'élément de substrat associé à chaque puce, on n'a pas recours à l'opération classique de retrait du substrat protecteur. Or, cette opération demande un outillage et un temps de traitement importants et entraîne des risques d'endommagement du dispositif en cours de fabrication. Avantageusement, la puce est réalisée selon la technologie de silicium sur isolant, permettant de disposer d'une couche active de très grande minceur. Moreover, since the substrate element associated with each chip is retained, the conventional method of removing the protective substrate is not used. However, this operation requires extensive tooling and processing time and entails risks of damage to the device during manufacture. Advantageously, the chip is made according to the silicon on insulator technology, making it possible to have an active layer of very great thinness.
Dans un mode de réalisation préféré, l'élément de circuit réalisé sur le substrat protecteur est une antenne destinée à constituer une interface de communication avec la ou chaque puce à laquelle elle est connectée. In a preferred embodiment, the circuit element made on the protective substrate is an antenna intended to constitute a communication interface with the or each chip to which it is connected.
Pour chaque point de connexion entre la puce et un élément de circuit sur le substrat on peut réaliser un plot de contact respectivement au niveau de la puce et au niveau de l'élément de circuit, formant ainsi une paire de plots de contact en vis-à-vis. For each point of connection between the chip and a circuit element on the substrate, a contact pad may be produced respectively at the chip and at the circuit element, thus forming a pair of contact pads in contact with each other. to face.
Dans ce cas, chaque plot de contact au niveau de la puce peut se présenter sous la forme d'un bossage. De préférence, chaque plot de contact au niveau de l'élément de circuit se présente sous la forme d'une plage de contact apte à fusionner avec le plot de contact correspondant de la puce. In this case, each contact pad at the chip may be in the form of a boss. Preferably, each contact pad at the circuit element is in the form of a contact pad capable of fusing with the corresponding contact pad of the chip.
Dans un mode de réalisation envisagé, la couche mince est associée au substrat protecteur par des moyens adhésifs qui maintiennent une séparation entre les faces en regard de la couche et du substrat. Pour la ou chaque connexion entre la puce et l'élément de circuit on réalise alors un plot de contact respectivement sur la puce et sur l'élément de circuit, les plots de contacts correspondant étant sensiblement arrangés en vis-à-vis et se rejoignant ou étant légèrement en retrait l'un de l'autre à l'état de repos avant leur connexion. In one embodiment, the thin film is associated with the protective substrate by adhesive means which maintain a separation between the facing faces of the layer and the substrate. For the or each connection between the chip and the circuit element, a contact pad is then produced respectively on the chip and on the circuit element, the corresponding contact pads being substantially arranged facing each other and joining each other. or being slightly set back from each other in the state of rest before their connection.
De préférence, on réalise au moins une connexion entre la puce et l'élément de circuit sur le substrat par soudure, éventuellement en appliquant une pression permettant de réunir des moyens de connexion correspondants de la puce et de l'élément de circuit formé sur le substrat. Preferably, at least one connection is made between the chip and the circuit element on the substrate by soldering, possibly by applying a pressure which makes it possible to connect corresponding connection means of the chip and the circuit element formed on the substrate.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on effectue la ou les soudure(s) en transmettant une énergie de soudure à travers l'épaisseur du substrat protecteur. According to a preferred embodiment of the invention, the welding (s) is carried out by transmitting a welding energy through the thickness of the protective substrate.
L'énergie de soudure peut provenir d'un faisceau laser. The welding energy can come from a laser beam.
Dans ce cas, il peut être transmis par une pluralité de chemins optiques, chacun dirigé vers une connexion respective à réaliser entre le substrat et la puce. In this case, it can be transmitted by a plurality of optical paths, each directed to a respective connection to be made between the substrate and the chip.
De préférence, chaque chemin optique est matérialisé par au moins une fibre optique. Preferably, each optical path is materialized by at least one optical fiber.
Selon une variante, on peut aussi réaliser la soudure par thermocompression. According to one variant, it is also possible to perform the welding by thermocompression.
De préférence, on réalise les connexions entre chaque puce et son élément de circuit respectif pour un ensemble de puces associées à un même substrat protecteur, et on découpe ensuite le substrat protecteur pour former des modules élémentaires composés d'au moins une puce et d'une portion du substrat protecteur au format de la ou chaque puce formant le module. Preferably, the connections are made between each chip and its respective circuit element for a set of chips associated with the same protective substrate, and the protective substrate is then cut to form elementary modules composed of at least one chip and a portion of the protective substrate in the format of the or each chip forming the module.
Ainsi, on peut intégrer au moins un module à un objet. Ce module peut alors être apposé sur une surface de l'objet. Thus, one can integrate at least one module to an object. This module can then be affixed to a surface of the object.
Eventuellement, on peut recouvrir au moins la face exposée de la ou chaque puce du module et au moins une partie de la surface de l'objet d'une pellicule protectrice. La présente invention concerne également l'utilisation d'un dispositif électronique issu de procédé tel que décrit plus haut comme moyen d'identification et/ou de suivi d'un objet associé audit dispositif. Optionally, at least the exposed face of the or each chip of the module and at least a portion of the surface of the object may be covered with a protective film. The present invention also relates to the use of an electronic device resulting from the method as described above as means for identifying and / or tracking an object associated with said device.
La présente invention concerne aussi l'utilisation d'un substrat protecteur normalement destiné à protéger une couche active très mince formant des puces selon la technologie dite de silicium sur isolant pour la réalisation sur ledit substrat protecteur d'au moins une partie d'au moins un élément destiné à être connecté à une puce correspondante. The present invention also relates to the use of a protective substrate normally intended to protect a very thin active layer forming chips according to so-called silicon on insulator technology for the production on said protective substrate of at least a part of at least an element intended to be connected to a corresponding chip.
La présente invention a également pour objet un dispositif électronique comportant au moins une puce connectée électriquement à au moins un élément de circuit, la puce se présentant sous forme de couche très mince associée à un substrat protecteur, caractérisé en ce que au moins une partie de l'élément de circuit est réalisé sur le substrat protecteur, ce dernier formant une partie intégrante du dispositif. The present invention also relates to an electronic device comprising at least one chip electrically connected to at least one circuit element, the chip being in the form of a very thin layer associated with a protective substrate, characterized in that at least a portion of the circuit element is formed on the protective substrate, the latter forming an integral part of the device.
L'élément de circuit réalisé sur le substrat protecteur peut être une antenne destinée à constituer une interface de communication avec la ou chaque puce à laquelle elle est connectée. The circuit element made on the protective substrate may be an antenna intended to constitute a communication interface with the or each chip to which it is connected.
Chaque point de connexion entre la puce et un élément de circuit sur le substrat peut comprendre un plot de contact respectivement au niveau de la puce et au niveau de l'élément de circuit, formant ainsi une paire de plots de contact en vis-à-vis. Each point of connection between the chip and a circuit element on the substrate may comprise a contact pad respectively at the chip and at the circuit element, thereby forming a pair of contact pads with respect to each other. screw.
Chaque plot de contact au niveau de la puce peut se présenter sous la forme d'un bossage. Avantageusement, la couche mince est associée au substrat protecteur par des moyens adhésifs qui maintiennent une séparation entre les faces en regard de ladite couche et dudit substrat. Each contact pad at the chip may be in the form of a boss. Advantageously, the thin layer is associated with the protective substrate by adhesive means which maintain a separation between the facing faces of said layer and said substrate.
Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif se présente sous forme de modules élémentaires composés d'au moins une puce et d'une portion du substrat protecteur au format de la ou chaque puce formant le module. According to a preferred embodiment, the device is in the form of elementary modules composed of at least one chip and a portion of the protective substrate in the format of the or each chip forming the module.
Le module peut ainsi constituer un moyen d'identification ou de suivi d'un objet auquel il est associé. I1 peut notamment permettre un échange de données vers l'extérieur par voie hertzienne. The module can thus be a means of identifying or tracking an object with which it is associated. It can in particular allow an external exchange of data over the air.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture des modes de réalisation préférés, donnés purement à titre d'exemples non-limitatifs par référence aux dessins annexés sur les lesquels - la figure 1, déjà décrite, est une vue en plan montrant un ensemble de puces issues de la technologie SOI et adossées à un substrat protecteur ; - la figure 2, déjà décrite, est une vue en coupe selon la ligne II-II' de la figure 1, montrant un ensemble composé d'une puce, d'une portion de substrat adossé à la puce et des plots adhésifs retenant la puce au substrat ; - la figure 3 est une vue en plan d'un substrat protecteur comportant des motifs formant des éléments destinés à être connectés à des puces, conformément à la présente invention ; - la figure 4 est une vue en plan d'une couche de silicium sur laquelle sont formées des puces selon la technologie dite de silicium sur isolant ; - la figure 5 est une vue en coupe montrant la disposition d'une puce et de son substrat protecteur réalisé conformément à la figure 4 ; - la figure 6 représente schématiquement une opération de soudure entre plots de contact sur les puces et le substrat protecteur conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention ; - la figure 7 est une vue en plan montrant la couche de semiconducteur sur laquelle sont formées les puces avec son substrat protecteur à l'issue de l'opération de soudure ; et - la figure 8 est une vue en coupe d'un module comportant une puce et son substrat protecteur après découpage de l'ensemble représenté à la figure 7. The invention will be better understood and its advantages will appear more clearly on reading the preferred embodiments, given purely by way of non-limiting examples with reference to the accompanying drawings in which - Figure 1, already described, is a view in plan showing a set of chips from SOI technology and backed by a protective substrate; - Figure 2, already described, is a sectional view along the line II-II 'of Figure 1, showing an assembly consisting of a chip, a substrate portion backed by the chip and adhesive pads retaining the chip to the substrate; FIG. 3 is a plan view of a protective substrate having patterns forming elements to be connected to chips, in accordance with the present invention; FIG. 4 is a plan view of a silicon layer on which chips are formed according to so-called silicon on insulator technology; - Figure 5 is a sectional view showing the arrangement of a chip and its protective substrate made in accordance with Figure 4; - Figure 6 shows schematically a welding operation between contact pads on the chips and the protective substrate according to a preferred embodiment of the invention; FIG. 7 is a plan view showing the semiconductor layer on which the chips are formed with its protective substrate at the end of the soldering operation; and FIG. 8 is a sectional view of a module comprising a chip and its protective substrate after cutting the assembly represented in FIG. 7.
La figure 3 est une vue en plan d'un plaque de verre destinée à former le substrat protecteur (aussi connu sous le terme de substrat intermédiaire) 4, après les étapes de traitement conformément au mode de réalisation selon l'invention. Ce substrat protecteur 4 est destiné à servir pour la réalisation d'un ensemble de puces selon la technologie de silicium sur isolant (aussi connue sous le terme de SOI pour "silicon on insulator" selon la terminologie anglo- saxonne). Fig. 3 is a plan view of a glass plate for forming the protective substrate (also known as the intermediate substrate) 4 after the processing steps according to the embodiment according to the invention. This protective substrate 4 is intended to be used for the production of a set of chips according to silicon-on-insulator technology (also known as SOI for "silicon on insulator" according to the English terminology).
Cette technologie est connue en elle-même ; les modes de réalisation qui sont décrits ici sont basés sur une mise en oeuvre de cette technologie divulguée dans le document brevet WO-A-98 02921 au nom de la société KOPIN, qui permet notamment d'obtenir une couche active formant la puce 2 d'une épaisseur de l'ordre de 10 microns, voire sensiblement moins. Le substrat protecteur 4 se présente sous la forme d'une fine plaquette circulaire au format de la tranche de silicium sur laquelle sont formées les puces 2. Typiquement, le substrat protecteur 4 présente une épaisseur de l'ordre de 800 microns pour un diamètre d'environ 150 mm. This technology is known in itself; the embodiments which are described here are based on an implementation of this technology disclosed in the patent document WO-A-98 02921 in the name of the company KOPIN, which makes it possible in particular to obtain an active layer forming the chip 2 d a thickness of the order of 10 microns, or substantially less. The protective substrate 4 is in the form of a thin circular wafer in the format of the silicon wafer on which the chips 2 are formed. Typically, the protective substrate 4 has a thickness of the order of 800 microns for a dia. about 150 mm.
Normalement, le substrat protecteur 4 est vierge de tout élément électriquement actif, son rôle étant purement de servir de support mécanique lors des différentes étapes de l'élaboration de la couche de silicium. En effet, la fragilité de la couche de silicium en raison de son extrême minceur tolérée par la technologie SOI rend nécessaire d'utiliser un substrat protecteur en amont des étapes de traitement, jusqu'à son découpage en puces individuelles et le report des puces sur leur support définitif. Ensuite, on procède normalement au retrait du substrat de verre 4 - ou de la portion de celui-ci restant après le découpage - et à sa mise au rebut, son rôle étant terminé. Normally, the protective substrate 4 is devoid of any electrically active element, its role being purely to serve as a mechanical support during the different stages of the development of the silicon layer. Indeed, the fragility of the silicon layer due to its extreme thinness tolerated by the SOI technology makes it necessary to use a protective substrate upstream of the treatment steps, until its cutting into individual chips and the transfer of chips on their definitive support. Then, the glass substrate 4 - or the portion thereof remaining after cutting - is normally removed and discarded, its role being terminated.
En revanche, conformément à la présente invention, on exploite le substrat protecteur 4 pour lui conférer un rôle supplémentaire de support pour un ou plusieurs élément(s) électrique(s). On the other hand, in accordance with the present invention, the protective substrate 4 is exploited to confer on it an additional support role for one or more electrical element (s).
Dans l'exemple, l'élément électrique est une antenne qui sera associée à chaque puce. Comme le montre la figure 3, on imprime sur une face 4a du substrat 4 un ensemble de motifs 20, chaque motif étant identique et disposé à un emplacement qui sera directement en regard d'une puce lors des étapes ultérieures de fabrication. Ainsi, les motifs 20 sont disposés en rangées de colonnes en exploitant au mieux le contour arrondi du substrat 4. Dans l'exemple, chaque motif comprend une piste électriquement conductrice en forme de spirale 20a avec les extrémités proches l'une de l'autre, chaque extrémité se terminant par une plage de connexion 20b. Chaque plage de connexion 20b, réalisée dans la continuité de la spirale 20a, est formée par une aire électriquement conductrice suffisamment grande pour établir un bon contact électrique et mécanique avec un plot de contact correspondant de la puce, comme il sera décrit plus loin. Diverses techniques peuvent être utilisées pour former les motifs 20 sur le substrat 4. Ce dernier étant classiquement en verre, il est notamment possible de réaliser les motifs 20 par sérigraphie, par impression avec une encre électriquement conductrice avec un pouvoir adhésif sur le verre, par lithographie, par métallisation sous vide, etc. L'épaisseur de la couche de matière électriquement conductrice formant le motif 20 est suffisante pour autoriser une opération de soudure par laser ou par thermocompression avec les plots de contact de la puce 2. Dans l'exemple, les motifs sont réalisés par des métallisations en aluminium d'une épaisseur de l'ordre de 5 microns. In the example, the electrical element is an antenna that will be associated with each chip. As shown in Figure 3, is printed on a side 4a of the substrate 4 a set of patterns 20, each pattern being identical and disposed at a location which will be directly opposite a chip during subsequent manufacturing steps. Thus, the patterns 20 are arranged in rows of columns making the best use of the rounded contour of the substrate 4. In the example, each pattern comprises an electrically conductive track in the form of a spiral 20a with the ends close to each other each end ending in a connection pad 20b. Each connection pad 20b, made in the continuity of the spiral 20a, is formed by an electrically conductive area large enough to establish a good electrical and mechanical contact with a corresponding contact pad of the chip, as will be described later. Various techniques can be used to form the patterns on the substrate 4. The latter being conventionally made of glass, it is in particular possible to make the patterns by screen printing, by printing with an electrically conductive ink with an adhesive power on the glass, by lithography, vacuum metallization, etc. The thickness of the layer of electrically conductive material forming the pattern 20 is sufficient to allow a laser welding operation or thermocompression with the contact pads of the chip 2. In the example, the patterns are made by metallizations in aluminum of a thickness of the order of 5 microns.
La figure 4 représente la couche active de silicium après découpage en tranche à partir d'un lingot de silicium cristallin. Les éléments de surface 2' destinés à constituer les puces à l'issu du procédé de fabrication sont disposés en rangées de colonnes de la même manière que les motifs 20 sur le substrat protecteur 4. Chaque puce à l'état précurseur 2' comporte des emplacements 8' réservés à la formation de deux plots de contact 8 qui, à l'issue de la fabrication, se présenteront sous forme de bossages 8, à l'instar des bossages décrits par référence à la figure 2. Ces emplacements 8' sont rapprochés l'un de l'autre à proximité d'un coin de la puce 2'. Leur configuration et leur disposition sont prévues de manière à ce que, pour chaque puce, les deux bossages 8 soient directement en regard des deux plages de connexion respectives 20b du motif formé sur le substrat protecteur 4. Figure 4 shows the active layer of silicon after slicing from a crystalline silicon ingot. The surface elements 2 'intended to form the chips at the end of the manufacturing process are arranged in rows of columns in the same manner as the patterns 20 on the protective substrate 4. Each chip in the precursor state 2' has locations 8 'reserved for the formation of two contact pads 8 which, after manufacture, will be in the form of bosses 8, like the bosses described with reference to Figure 2. These locations 8' are closer to each other near a corner of the chip 2 '. Their configuration and their arrangement are provided in such a way that, for each chip, the two bosses 8 are directly opposite the two respective connection pads 20b of the pattern formed on the protective substrate 4.
La figure 5 est une vue en coupe qui montre le positionnement relatif entre la couche de silicium comportant les puces 2 et le substrat protecteur de verre 4 lorsque ces deux sont réunis. On remarque que la face 4a du substrat comportant les motifs 20 (composé des éléments 20a et 20b) est tournée vers les puces 2. Comme pour l'exemple décrit par référence aux figures 1 et 2, les puces 2 de la couche de silicium sont fixées par des plots adhésifs 6, chacun ayant une face collée sur un coin d'une puce 2 et l'autre collée sur la face 4a du substrat 4 en regard de la puce. Ces plots adhésifs 6 servent également d'entretoise et permettent notamment d'établir un écart constant et bien contrôlé el entre les faces 4a et 2b du substrat 4 et de la puce 2 qui sont en regard. FIG. 5 is a sectional view showing the relative positioning between the silicon layer comprising the chips 2 and the glass-protecting substrate 4 when these two are united. It will be noted that the face 4a of the substrate comprising the patterns 20 (composed of the elements 20a and 20b) is turned towards the chips 2. As for the example described with reference to FIGS. 1 and 2, the chips 2 of the silicon layer are fixed by adhesive pads 6, each having a face glued to a corner of a chip 2 and the other bonded to the face 4a of the substrate 4 facing the chip. These adhesive pads 6 also serve as spacer and allow in particular to establish a constant and well controlled gap and between the faces 4a and 2b of the substrate 4 and the chip 2 which are opposite.
Dans l'exemple, cet écart el est sensiblement égal ou légèrement supérieur à la somme de la protubérance e3 des bossages 8 relativement au plan général de la surface 2b de la puce 2 et de l'épaisseur e4 de la couche d'impression formant les plages de connexion 20b. De la sorte, en position d'assemblage de la couche de silicium avec le substrat protecteur 4, le sommet de chaque bossage 8 affleure ou se trouve très légèrement en retrait de la face extérieure de sa plage de connexion 20b correspondante. In the example, this difference el is substantially equal to or slightly greater than the sum of the protuberance e3 of the bosses 8 relative to the general plane of the surface 2b of the chip 2 and the thickness e4 of the printing layer forming the connection pads 20b. In this way, in the assembly position of the silicon layer with the protective substrate 4, the top of each boss 8 is flush or is very slightly set back from the outer face of its corresponding connection pad 20b.
I1 sera maintenant décrit l'opération de soudure entre les bossages 8 et les plages 20b de connexion par référence à la figure 6. Cette soudure est réalisée par application d'une énergie de soudure à travers l'épaisseur du substrat protecteur 4. Dans l'exemple, la soudure est réalisée par des faisceaux laser 22. Chaque faisceau laser 22 traverse le substrat en verre 4 et atteint une plage de connexion 20b sur la face 4a du substrat 4. Dans le mode de réalisation, le laser transmet son énergie simultanément sur plusieurs chemins optiques, chacun dirigé à l'aplomb d'une connexion respective à réaliser. Pour ce faire, on utilise une matrice de fibres optiques dont chaque fibre 24 est reliée par une première extrémité 24a à une source laser 26 et présente une deuxième extrémité 24b contre la face extérieure 4b du substrat, à l'aplomb d'une plage de connexion respective 20b, éventuellement avec une correction pour les phénomènes de réfraction. The operation of welding between the bosses 8 and the connection pads 20b will now be described with reference to FIG. 6. This welding is carried out by applying a solder energy through the thickness of the protective substrate 4. In FIG. for example, the welding is performed by laser beams 22. Each laser beam 22 passes through the glass substrate 4 and reaches a connection pad 20b on the face 4a of the substrate 4. In the embodiment, the laser transmits its energy simultaneously on several optical paths, each directed to the plumb of a respective connection to achieve. To do this, a matrix of optical fibers is used, each fiber 24 of which is connected by a first end 24a to a laser source 26 and has a second end 24b against the outside face 4b of the substrate, in line with a range of respective connection 20b, possibly with a correction for the refraction phenomena.
L'énergie ainsi transmise élève la température des plages de connexion 20b et, par contact thermique, celle des bossages 8. Au besoin, il est possible d'appliquer une légère force sur le substrat 4 ou sur les puces 2 durant cette opération de soudure afin de comprimer les plots adhésifs 6 et ainsi assurer une pression aux points de jonction des bossages 8 avec les plages de connexion 20b. The energy thus transmitted raises the temperature of the connection pads 20b and, by thermal contact, that of the bosses 8. If necessary, it is possible to apply a slight force on the substrate 4 or on the chips 2 during this welding operation to compress the adhesive pads 6 and thus provide pressure at the junction points of the bosses 8 with the connection pads 20b.
L'élévation de la température par l'énergie thermique occasionne la fusion soit des plages de connexion 20b, soit des bossages 8, soit des deux. Cette fusion réalise la soudure entre les plages de connexion et les bossages. I1 en résulte que chaque élément électrique formé sur le substrat protecteur 4 est relié à sa puce correspondante 2 à la fois électriquement et mécaniquement. Raising the temperature by thermal energy causes the melting of either connection pads 20b, bosses 8, or both. This fusion performs the welding between the connection pads and the bosses. As a result, each electrical element formed on the protective substrate 4 is connected to its corresponding chip 2 both electrically and mechanically.
Le choix des métaux ou alliages pour les bossages 8 ou les plages de connexion 20b permettant une soudure dans de bonnes conditions est à la portée de l'homme du métier. Dans l'exemple, le verre constitutif du substrat 4 est transparent aux longueurs d'onde des faisceaux lasers habituellement utilisés pour la microsoudure. I1 est notamment possible d'utiliser pour la soudure un laser du type YAGNd émettant à une longueur d'onde de 1,06 microns. The choice of metals or alloys for bosses 8 or 20b connection pads for welding in good conditions is within the reach of the skilled person. In the example, the constituent glass of the substrate 4 is transparent to the wavelengths of the laser beams usually used for micro-welding. In particular, it is possible to use a laser of the YAGNd type emitting at a wavelength of 1.06 microns for welding.
Le nombre de fibres optiques 24 associées à une même source laser 26 dépend de la puissance de ce dernier, des couplages optiques possibles et des chemins optiques d'une extrémité à l'autre des fibres. Selon les modes de mise en oeuvre, on peut prévoir une ou plusieurs sources laser 26 reliée(s) à une matrice de fibres optiques 24 permettant d'effectuer simultanément toutes les soudures d'une plaquette de puces 2. I1 est bien entendu également possible de fractionner le nombre de soudures réalisées en parallèle, de sorte que l'ensemble des soudures nécessaires pour une plaquette de puces 2 soit effectué en plusieurs lots de puces. The number of optical fibers 24 associated with the same laser source 26 depends on the power of the latter, possible optical couplings and optical paths from one end to the other of the fibers. According to the embodiments, it is possible to provide one or more laser sources 26 connected to an array of optical fibers 24 making it possible to simultaneously perform all the soldering operations of a chip wafer 2. It is of course also possible to split the number of welds made in parallel, so that all the necessary welds for a chip wafer 2 is performed in several batches of chips.
Par ailleurs, il est possible d'associer non pas une seule fibre optique 24, mais plusieurs à chaque point de soudure pour obtenir un meilleur apport d'énergie. Moreover, it is possible to associate not only one optical fiber 24, but several at each welding point to obtain a better energy input.
En variante, on peut monter une ou plusieurs têtes laser sur un bras robot ou autre automate programmé pour réaliser les soudures séquentiellement sur les points de connexion, aussi à travers l'épaisseur du substrat 4. Alternatively, one or more laser heads can be mounted on a robot arm or other programmed automaton to perform the welds sequentially on the connection points, also through the thickness of the substrate 4.
Selon une autre variante, les soudures sont réalisées par un procédé de thermocompression ou par ultrasons. Dans ces cas, les plages de connexion 20b et les plots de contact 8 seront de préférence en aluminium. Ces deux techniques sont en elles-mêmes bien connues et ne seront pas décrites ici par souci de concision. Là aussi, les soudures peuvent être réalisées par transmission de l'énergie de soudure à travers l'épaisseur du substrat 4. According to another variant, the welds are made by a method of thermocompression or ultrasound. In these cases, the connection pads 20b and the contact pads 8 will preferably be aluminum. These two techniques are in themselves well known and will not be described here for the sake of brevity. Here too, the welds can be made by transmitting the solder energy through the thickness of the substrate 4.
Une fois que l'opération de soudure est terminée pour une plaquette, on obtient un bloc solidaire composé du substrat protecteur 4 et des puces 2 interconnectées, comme le montre la figure 7. Once the soldering operation is complete for a wafer, a solid block composed of the protective substrate 4 and interconnected chips 2 is obtained, as shown in FIG. 7.
On peut procéder alors au découpage de la plaquette en ensembles élémentaires 28 suivant les lignes de découpe D représentées à la figure 7. It is then possible to cut the wafer into elementary assemblies 28 along the cutting lines D shown in FIG. 7.
Comme le montre la figure 8, chaque ensemble 28 comprend ainsi une puce 2, une portion du substrat 4, au format de la puce ainsi découpée, comportant un élément électrique (ici une antenne 20) et les portions de plots adhésifs 26. Ces dernières peuvent demeurer collées aux coins entre le substrat 4 et la puce 2 pour contribuer au maintien de l'intégrité de l'ensemble 28. As shown in FIG. 8, each assembly 28 thus comprises a chip 2, a portion of the substrate 4, in the format of the chip thus cut out, comprising an electrical element (here an antenna 20) and the portions of adhesive pads 26. The latter may remain stuck at the corners between the substrate 4 and the chip 2 to help maintain the integrity of the assembly 28.
Dans l'exemple, l'antenne 20 réalisée sur le substrat protecteur 4 est reliée électriquement à des points du circuit contenu dans la puce afin de permettre un échange de données (analogiques et/ou numériques) entre la puce et l'extérieur par voie hertzienne. L'antenne 20 peut servir en outre pour alimenter le circuit contenu dans la puce. Les techniques d'échange de données et d'alimentation à distance par une antenne dans le contexte des puces sont en elles-mêmes connues et ne seront pas décrites ici par souci de concision. In the example, the antenna 20 made on the protective substrate 4 is electrically connected to points of the circuit contained in the chip to allow an exchange of data (analog and / or digital) between the chip and the outside by radio. The antenna 20 can also be used to supply the circuit contained in the chip. The techniques of data exchange and remote feeding by an antenna in the context of chips are in themselves known and will not be described here for the sake of brevity.
Les ensembles 28 ainsi individuellement découpés trouvent de très nombreuses applications dans divers domaines, les puces pouvant être conçues pour réaliser toutes sortes de fonctions. The assemblies 28 thus individually cut have many applications in various fields, the chips can be designed to perform all kinds of functions.
Quelques exemples non-exhaustifs d'application de puces ainsi réalisées sont donnés ci-après à titre purement indicatifs - réalisation de cartes à puce sans contact, par exemple pour le télépéage ou le contrôle d'accès ; - réalisation d'étiquettes électroniques (aussi connues sous le terme anglo-saxon de "tags") à fixation permanente ou provisoire à des objet ou des animaux pour permettre leur identification et leur suivi électroniques par stockage de données, lesquelles peuvent être évolutives, notamment dans les domaines de . - l'élevage, l'écologie ; - la surveillance d'objets sujets à litige ou d'enquête en cas d'incident (bouteilles de gaz, récipients de produits toxiques, etc) ; - le contrôle d'authenticité d'objets susceptibles d'être contrefaits (produits de luxe, de marques de prestige, disques, vidéos, etc), ou d'oeuvres ou documents originaux (certificats, titres, billets, etc.); - le suivi d'appareils nécessitant un entretien ou une maintenance, par exemple pour inscrire et lire électroniquement l'historique des pièces ou des machines ; - le contrôle contre le vol de marchandises ; - la réalisation d'objets intelligents; - etc. Some non-exhaustive examples of application of chips thus produced are given below purely for the purpose of illustration - production of contactless smart cards, for example for electronic toll collection or access control; - Realization of electronic tags (also known as "tags") permanently or temporarily attached to objects or animals to enable their electronic identification and tracking by data storage, which can be scalable, in particular in the fields of. - breeding, ecology; - the monitoring of objects subject to litigation or investigation in case of incident (gas cylinders, containers of toxic products, etc); - the control of authenticity of objects likely to be counterfeited (luxury goods, luxury brands, records, videos, etc.), or original works or documents (certificates, titles, tickets, etc.); - monitoring of devices requiring maintenance or maintenance, for example to register and read electronically the history of parts or machines; - control against the theft of goods; - the realization of intelligent objects; - etc.
On notera que l'invention permet de réaliser sur le substrat protecteur 4 toute sortes de composants reliés à la puce qui lui est en regard, ces composants pouvant être, entre autres - au moins un composant passif : self, capacité, résistance, blindage électromagnétique (par métallisation); et/ou - au moins un composant actif: circuit intégré, composants électroniques (transistors, diodes, diodes électroluminescentes, écrans d'affichage de pixels ; et/ou - au moins un élément micromécanique commutateur, micro-actionneur, etc.; - etc. It will be noted that the invention makes it possible to produce on the protective substrate 4 all sorts of components connected to the chip facing it, these components being able to be, among others - at least one passive component: self, capacitance, resistance, electromagnetic shielding (by metallization); and / or at least one active component: integrated circuit, electronic components (transistors, diodes, light-emitting diodes, pixel display screens, and / or at least one micromechanical switch element, micro-actuator, etc .; .
Les modules 28 peuvent être collés directement sur la surface du support auquel ils sont destinés. Comme le montre la figure 8, il est possible d'interposer une couche adhésive 32 entre la face 4b du substrat tournée vers le support 30 et la face exposée 30a de celui-ci. The modules 28 can be glued directly on the surface of the support for which they are intended. As shown in Figure 8, it is possible to interpose an adhesive layer 32 between the face 4b of the substrate facing the support 30 and the exposed face 30a thereof.
Enfin, il est possible de recouvrir la face exposée 2a de la puce 2 avec une pellicule de protection 34 une fois le module 28 monté sur son support 30. Dans l'exemple de la figure 8, la pellicule de protection 34 recouvre intégralement le module 28 et au moins une partie de la face exposée 30a du support 30.Finally, it is possible to cover the exposed face 2a of the chip 2 with a protective film 34 once the module 28 mounted on its support 30. In the example of Figure 8, the protective film 34 completely covers the module 28 and at least a portion of the exposed face 30a of the support 30.
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