FR2891665A1 - Procede et dispositif d'extraction d'une puce electronique a partir d'une tranche de silicium et transport de la puce jusqu'a son montage sur un dispositif electronique - Google Patents

Procede et dispositif d'extraction d'une puce electronique a partir d'une tranche de silicium et transport de la puce jusqu'a son montage sur un dispositif electronique Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'extraction de puces (20) à partir d'une tranche de silicium (10) et de report de chaque puce sur un dispositif électronique comprenant les étapes suivantes :- extraire les bonnes puces de la tranche de silicium (10) et les transférer sur un film adhésif enroulable (28) de façon à ce que les puces soient espacées d'un certain pas,- reporter les puces (20) du film enroulable (28) directement sur les plots de connexion (46, 48 ou 58, 60) du dispositif électronique de façon continue.

Description

La présente invention concerne le montage de la puce électronique sur les
étiquettes radiofréquence de type RFID et les cartes à puce sans contact et concerne en particulier un procédé et dispositif d'extraction d'une
puce électronique à partir d'une tranche de silicium et transport de la puce jusqu'à son montage sur un dispositif électronique.
Les puces électroniques ou circuits intégrés destinés à la fabrication de circuits électroniques des dispositifs d'identification radiofréquence (dispositif RFID) tels que les cartes à puce sans contact et les étiquettes radiofréquence doivent être connectées à l'antenne du dispositif RFID. Les puces électroniques sont livrées par les fournisseurs de puces sur des tranches de silicium appelées wafer. Ces tranches qui regroupent des centaines de fois le même circuit intégré sont en général livrées collées sur une feuille adhésive. La tranche est préalablement découpée de façon à ce que les puces soient détachées les unes des autres tout en restant collées ensemble sur la feuille adhésive. Chaque puce est ensuite extraite de la tranche de silicium (wafer) afin d'être directement positionnée sur les plots de connexion de l'antenne du circuit.
Les procédés de connexion des puces sur les antennes d'un dispositif électronique incluant une puce et une antenne sont basés sur la technique d'assemblage "Flip Chip". Cette technique se caractérise par une connexion directe de la face active de la puce sur l'antenne et son substrat, contrairement à l'ancienne technique de câblage "Wire Bonding", décrit précédemment et qui consiste à coller la puce sur le substrat par sa face passive et à la câbler à l'antenne.
La technique d'assemblage "Flip Chip" selon un procédé breveté de la demanderesse comporte les étapes consistant 35 à : - positionner la puce munie de plots de connexion en matériau non déformable, sur le support d'antenne de manière à ce que les plots de connexion de la puce soient en regard des plots de connexion de l'antenne, et exercer une pression sur la puce de façon à ce que les plots de connexion de la puce déforment le support d'antenne et les plots de connexion de l'antenne sous l'effet de la pression, le support et les plots de connexion de l'antenne conservant leur déformation après que la pression a cessé d'être exercée, permettant ainsi d'obtenir une surface de contact maximale entre les plots de connexion de la puce et les plots de l'antenne.
Le procédé comporte également une étape supplémentaire qui consiste à déposer une matière diélectrique adhésive directement sur la face active de la puce entre les plots de connexion, avant l'étape de positionnement de la puce, de façon à maintenir la puce en position fixe par rapport au support.
Pour la mise en oeuvre de ce procédé, plusieurs types de machine existent selon si les puces sont fournies avec leur face active contre l'adhésif ou pas. Lorsque les puces présentent leur face passive sur le dessus de la tranche de silicium (wafer), la machine d'extraction et de report de puce présente un bras muni d'une ventouse souple qui détache la puce de l'adhésif par aspiration et grâce à une pointe située du côté de l'adhésif qui appuie à l'endroit de la puce â extraire. Le bras est muni de caméras de façon à visualiser l'emplacement exacte du dispositif électronique sur lequel la puce doit venir se positionner. Selon les mesures relevées par les caméras, la position du bras est ajustée. Une fois extraite, la puce est transportée vers le dispositif électronique et présentée directement par le bras sur les plots d'antenne destinés à rentrer en contact avec les plots de la puce. Cette façon de procéder pour extraire la puce et la positionner sur le circuit nécessite une série d'opérations réalisées par le bras de la machine qui effectue un mouvement de va et vient. De plus, Les dispositifs électronique assemblés en rouleau tel qu'une laize se déplacent au fur et à mesure de l'opération de report. Du fait des mesures à effectuer par les caméras et du temps d'ajustement du bras, la laize se déplace par avancée successive et discontinue. Un autre type de machine est adaptée pour extraire les puces à partir d'une tranche de silicium (wafer) dans lequel la face passive des puces sont collées sur l'adhésif. Ce type de machine comporte deux bras de façon à ce que la puce d'abord extraite de la tranche de silicium (wafer) par un premier bras est retournée avant d'être saisie par un second bras qui transporte la puce jusqu'à son emplacement définitif sur le dispositif électronique. De même que pour le premier type de machine, des caméras permettent de visualiser les plots d'antenne sur lesquels doit se connecter la puce de façon à ajuster la position du second bras par rapport à la position du dispositif RFID disposée sur la laize. Les cadences obtenues par ces deux types de machine ne dépasse pas 40000 unités par heure du fait du temps nécessaire aux mouvements de va et vient des bras de la machine et du temps nécessaire à l'ajustement de la position de la puce par rapport aux dispositifs électroniques.
C'est pourquoi le but de l'invention est de pallier ces inconvénients en fournissant un procédé d'extraction de puce à partir d'une tranche de silicium (wafer) et de report de ladite puce jusqu'aux plots de connexion d'un dispositif électronique, et ce de manière continue de façon à obtenir des cadences supérieures à celles obtenues par les machines de report de puce traditionnelles tout en garantissant la robustesse et la précision de la connexion de la puce sur les plots de connexion.
L'objet de l'invention est donc un procédé d'extraction de puces à partir d'une tranche de silicium et de report de chaque puce sur un dispositif électronique comprenant les étapes suivantes: - extraire les bonnes puces de la tranche de silicium et les transférer sur un film adhésif enroulable de façon à ce que les puces soient espacées d'un certain pas, - reporter les puces du film enroulable directement 5 sur les plots de connexion du dispositif électronique de façon continue.
Un autre objet de l'invention est un dispositif d'extraction de puces électroniques à partir d'une tranche de silicium comprenant des moyens pour transporter la puce de la tranche sur un film adhésif enroulable et des moyens pour reporter directement la puce du film enroulable sur les plots de connexion d'un dispositif électronique et ce, de façon continue.
Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels: La figure 1 représente une tranche de silicium équipée de puces prédécoupées, La figure 2 représente la machine d'extraction de 20 puces selon l'invention, La figure 3 représente une laize pour supports de dispositifs électroniques de type RFID, La figure 4 représente une vue en coupe du support d'antenne après l'étape de positionnement de la puce, La figure 5 représente une antenne pour dispositif électronique de type RFID en UHF, La figure 6 représente une antenne pour dispositif électronique de type RFID en UHF après la découpe au laser, La figure 7 représente une antenne pour dispositif électronique de type RFID en UHF après l'étape de positionnement de la puce.
Selon la figure 1, la tranche de silicium 10 ou " wafer " est représentée de face. Elle comprend un support 12 qui maintient un adhésif souple 14. Les puces ou circuits intégrés sont collées sur l'adhésif 14 sous forme d'un disque 16. Les puces ont été préalablement prédécoupées de façon à être indépendantes les unes des autres. La technique de montage qui nous intéresse ici se caractérise par une connexion directe de la face active de la puce sur les plots de connexion de l'antenne. Cette technique d'assemblage est nommée technique d'assemblage "Flip Chip" et consiste à venir déposer une boule de matériau conducteur appelé communément " bump " généralement en or sur chacune des métallisations de la puce de façon à former un ou plusieurs plots de connexion en matériau de préférence non déformable.
La figure 2 est une vue schématique de l'étape d'extraction des puces à partir de la tranche de silicium. La tranche 10 vue de côté présente les puces collées 20 du côté de leur face passive sur l'adhésif 14. Les plots de connexion 22 se situant sur la face active des puces 20 sont donc sur la face laissée libre de la puce à l'opposé de la face de la puce collée sur l'adhésif. Seules les bonnes puces 20 vont être sélectionnées pour être reporter sur les dispositifs électroniques. En effet, certaines puces sont déclarées mauvaises et ne doivent pas être utilisées. Pour ne sélectionner que les bonnes puces, une méthode consiste à utiliser un adhésif 14 sensible aux rayons Ultraviolet. De cette façon, seule l'emplacement des bonnes puces est insolé de façon à désensibiliser l'adhésif à l'endroit où la puce est collée. Une autre méthode consiste à utiliser le fichier informatique livré avec la tranche de silicium et qui permet de localiser l'emplacement des mauvaises puces.
Les puces 20 sont extraites de la tranche 10 grâce à une roue aspirante 24. La tranche 10 est positionnée de façon à ce que la roue 24 soit alignée sur une ligne de puces de la tranche 10. La roue 24 est montée sur un axe fixe entraîné en rotation grâce à un moteur et est dotée d'un système aspirant sur toute sa périphérie. La tranche se déplace de façon à ce que la roue 24 alignée sur une ligne de puce prélève les puces 20 grâce à l'aspiration qui crée une force suffisante pour décoller les bonnes puces de l'adhésif 14 et les maintenir en contact sur la périphérie 2891665 6 de la roue 24, leur face active contre la roue. Le contact de la roue 24 avec les puces de la tranche 10 est assuré grâce à une contre-roue 26 montée sur un axe fixe et libre en rotation. Les puces 20 maintenues sur la roue 24 en rotation sont ensuite transférées sur un film adhésif 28 grâce à un système d'aide au transfert 30, le film 28 étant mis en mouvement grâce à un moteur et selon une vitesse réglable. Le système d'aide au transfert comprend une pointe dont le bout aplati de la taille de la puce est l0 situé à proximité du film 28 et à l'aplomb de la roue 24. Le système d'aide au transfert vient en appui contre le film 28 du côté non adhésif du film 28 grâce à un mouvement de translation de façon à venir mettre en contact l'adhésif du film 28 avec les puces 20 de la roue 24 et ce, une par une. Les puces sont ainsi transférées une par une de la roue 24 vers l'adhésif 28 et sont placées à une distance désirée des unes des autres selon la vitesse de défilement du film 28. Le film 28 est de préférence parallèle à l'adhésif 14 de la tranche de silicium 10 de façon à ce que les puces effectuent un demi tour de roue 24 entre le moment où elles sont prélevées de la tranche de silicium 10 et le moment où elles sont transférées sur le film.
Le pas entre les puces placées sur le film 28 est donc géré grâce au réglage de la vitesse du film. La gestion de cette vitesse permet ainsi de rattraper les espaces libres laissés entre les puces de la roue 24 et dus aux mauvaises puces qui ont été laissées sur la tranche 10. Le film adhésif 28 comportant les puces peut être mis en rouleau et stocké avant d'être intégré au procédé de report de puce sur les dispositifs électroniques.
Selon une variante de réalisation de l'étape d'extraction des puces, la roue 24 prélève plusieurs rangées de puces 20 simultanément sur sa périphérie et les transfert sur autant de films adhésifs.
L'étape suivante qui comprend le report de puce sur le dispositif électronique est une étape indépendante de l'étape d'extraction des puces de la tranche de silicium telle que décrite précédemment. Chaque dispositif électronique de type d'identification radiofréquence (RFID) comporte une antenne et une puce connectées ensemble, la forme de l'antenne dépend de l'application, du domaine de fréquences utilisée, etc. Préalablement à l'étape de connexion de la puce, l'antenne est réalisée sur un support en matière déformable telle qu'une matière fibreuse, de préférence en papier, par impression d'encre conductrice telle qu'une encre chargée de particules d'argent ou de carbone. L'antenne peut être réalisée par exemple par impression de type sérigraphie, flexographie, héliogravure, offset ou jet d'encre. Le support d'antenne se présente sous forme de rouleau pour permettre la production de grande quantité de dispositifs électroniques qui seront découpés ensuite. La figure 3 illustre une laize 42 servant au support de dispositifs électroniques de type RFID 40 et comprenant des antennes 44 de type 13,56 MHz telle que définie dans les normes ISO 14443 et 15693 aptes à se connecter à une puce grâce à deux plots de connexion 46 et 48. Le film 28 comportant les puces est disposé parallèlement à la laize 42 de façon à ce que la face du film 28 comportant les puces 20 et la face de la laize 42 comportant les antennes se regardent. La laize 42 avance dans un mouvement continu tandis que le film 28 comportant les puces 20 se déroule au fur et à mesure du report des puces. De la matière adhésive est déposée sur la puce entre les plots de connexion de la puce avant que celle-ci soit déposée sur l'antenne. La matière adhésive utilisée est de préférence une résine époxy ou une colle cyanoacrylate.
Une fois la matière adhésive 50 déposée, la puce est positionnée sur le support d'antenne de manière à ce que les plots de connexion de la puce soient en contact des plots de connexion 46 et 48 de l'antenne 40. L'ajustage des plots de la puce avec ceux de l'antenne est réalisé grâce à une caméra située à proximité de la puce à positionner. La figure 4 représente une vue en coupe de l'assemblage puce-antenne.
2891665 8 Une pression est exercée sur la puce 20 de façon à ce que les plots de connexion 22 de la puce 20 créent une déformation du support et des plots de connexion 46 et 48 de l'antenne 40 comme illustré sur la figure 4. Ces derniers sont alors déformés de façon à former une empreinte dont la surface intérieure épouse exactement la surface extérieure des plots. Grâce au contact intime entre les plots, la surface de contact entre les plots de connexion 22 de la puce et les plots de connexion 46 et 48 de l'antenne 40 est maximale. Le matériau formant le support d'antenne est de préférence déformable et non élastique comme l'encre conductrice des plots de connexion 46 et 48 d'antenne. Ainsi, ces deux matériaux n'ont pas tendance à reprendre leur forme d'origine même lorsque la pression cesse d'être exercée. Ceci est particulièrement vrai lorsque le matériau du support est un matériau fibreux tel que du papier. Sous l'effet de la pression exercée, la matière diélectrique adhésive 50 s'étale et vient recouvrir toute la surface de la puce entre les plots de connexion.
Elle permet alors de renforcer l'assemblage mécanique entre la puce 20 et le support d'antenne, et par là même, le contact électrique entre la puce et l'antenne.
Selon une variante de l'étape de report de la puce sur le dispositif électronique de type RFID, les plots de connexion de l'antenne sont créés au moment du report.
Cette variante s'applique aux dispositifs électroniques de type RFID fonctionnant dans tous les domaines de fréquence et même dans le domaine des très hautes fréquences.
(fréquence dans la bande 860 - 960 MHz et fréquence de 2,45 GHz selon la norme ISO 18001). Un exemple d'antenne utilisée pour ces domaines de fréquence est représenté sur la figure 5. L'antenne 54 comporte deux brins reliés ensemble par une partie plus étroite 56 et comme pour le premier mode de réalisation, les antennes sont disposées côte à côte de façon à former une laize. La laize avance dans un mouvement continu tandis que le film 28 comportant les puces 20 se déroule au fur et à mesure du report des 2891665 9 puces. Juste avant la dépose de la puce sur l'antenne, une découpe au laser est réalisée de façon à couper la partie 56 et à réaliser deux plots 58 et 60 déconnectés l'un de l'autre. La puce est ensuite positionnée de la même façon que pour le premier mode de réalisation. De la matière adhésive est déposée sur la puce entre les plots de connexion de la puce avant d'être déposée sur l'antenne.
Une fois la matière adhésive déposée, la puce est positionnée sur le support d'antenne de manière à ce que les plots de connexion de la puce soient en regard des plots de connexion 58 et 60 de l'antenne 54. Une pression est exercée sur la puce 62 de façon à ce que les plots de connexion de la puce 62 créent une déformation du support de l'antenne et des plots de connexion 58 et 60 de l'antenne 54. Ces derniers sont alors déformés de façon à former une empreinte dont la surface intérieure épouse exactement la surface extérieure des plots. Grâce au contact intime entre les plots, la surface de contact entre les plots de connexion de la puce et les plots de connexion 58 et 60 de l'antenne 54 est maximale. Le matériau formant le support d'antenne est de préférence déformable et non élastique comme l'encre conductrice des plots 58 et 60.
Ainsi, ces deux matériaux n'ont pas tendance à reprendre leur forme d'origine même lorsque la pression cesse d'être exercée. Ceci est particulièrement vrai lorsque le matériau du support est un matériau fibreux tel que du papier. Sous l'effet de la pression exercée, la matière diélectrique adhésive s'étale et vient recouvrir toute la surface de la puce entre les plots de connexion. Elle permet alors de renforcer l'assemblage mécanique entre la puce 62 et le support d'antenne, et par lâ même, le contact électrique entre la puce et l'antenne. Sous l'effet de la pression exercée, la matière diélectrique adhésive s'étale et vient recouvrir toute la surface de la puce entre les plots de connexion. Contrairement au premier mode de réalisation, la découpe au laser et la formation des plots de connexion de l'antenne immédiatement avant le positionnement de la puce permet d'éviter un ajustage réalisé grâce à une caméra.
Le procédé de report de puces permet donc grâce au mouvement continu de la laize et de l'ajustage simplifié d'obtenir des cadences élevées de l'ordre de 100000 dispositifs à l'heure.
Le procédé de report de puce tel qu'il est décrit selon l'invention est applicable sur tout type de dispositif électronique tel qu'un circuit électrique comportant deux plots de connexion aptes à recevoir un circuit intégré ou une puce.
2891665 11

Claims (11)

REVENDICATIONS
1. Procédé d'extraction de puces {20) à partir d'une tranche de silicium (10) et de report de chaque puce sur un dispositif électronique comprenant les étapes suivantes: - extraire les bonnes puces de la tranche de silicium (10) et les transférer sur un film adhésif enroulable (28) de façon à ce que les puces soient espacées d'un certain pas, - reporter les puces (20) du film enroulable (28) directement sur les plots de connexion (46, 48 ou 58, 60) 10 du dispositif électronique de façon continue.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le dispositif électronique est un dispositif radiofréquence comprenant une antenne (44, 54).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les plots de connexion (58, 60) d'antenne sont réalisés immédiatement avant l'étape de report de la puce, par découpe laser de l'antenne (54).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel lesdites puces (20) sont extraites de la tranche de silicium {10) et transférer sur ledit film (28) grâce à une roue (24).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel ladite roue (24) montée sur un axe fixe est dotée d'un système aspirant sur toute sa périphérie qui crée une force suffisante pour maintenir les puces en contact sur la périphérie de la roue (24), leur face active contre la roue.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel lesdites puces (20) sont transférées de la roue (24) 35 au film (28) grâce à un système d'aide au transfert.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel ledit système d'aide au transfert comprend une pointe à bout aplati qui vient appuyer sur le film (28) de façon à mettre en contact l'adhésif du film (28) avec les puces (20) de la roue les unes après les autres.
8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel lesdits dispositifs électroniques sont disposés sur une laize {42) qui avance dans un mouvement continu tandis que le film (28) comportant les puces (20) se déroule au fur et à mesure du report des puces à une vitesse réglable.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans 15 lequel l'étape de report de puce comprend les étapes suivantes: - positionner la puce (20), munie de plots de connexion (22) sur le support d'antenne de manière à ce que lesdits plots de connexion de la puce soient en regard des plots de 20 connexion (46, 48 ou 56, 60) de l'antenne, et - exercer une pression sur la puce (22, 62) de façon à ce que les plots de connexion (22) déforment le support d'antenne et les plots de connexion (46, 48 ou 58, 60) de l'antenne sous l'effet de la pression, le support et les plots de connexion {46, 48 ou 58, 60) de l'antenne conservant leur déformation après que la pression a cessé d'être exercée, permettant ainsi d'obtenir une surface de contact importante entre les plots de connexion (22) de la puce (20) et les plots de connexion (46, 48 ou 58, 60) de l'antenne.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel une matière diélectrique adhésive (50) est déposée entre les plots de connexion (22) de ladite puce, avant l'étape de positionnement de la puce, de façon à maintenir ladite puce (20) en position fixe par rapport au support d'antenne.
11. Dispositif d'extraction de puces électroniques (20) à partir d'une tranche de silicium (10) comprenant des moyens pour transporter la puce de la tranche sur un film adhésif enroulable et des moyens pour reporter directement la puce du film enroulable {28) sur les plots de connexion (46, 48 ou 58, 60) d'un dispositif électronique et ce, de façon continue.
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