PROCEDE DE FABRICATION D'OBJETS PORTATIFS SANS CONTACT L'invention concerne un procédé de fabrication d'objets portatifs sans contact à circuit intégré, ainsi que l'utilisation de machines de report pour la mise en oeuvre d'un tel procédé de fabrication.
Les objets portatifs sans contac-= visés dans la présente invention sont des objets au format carte, dit cartes à puce, disposant d'un mode de fonctionnement sans contact, ou alors, des objets de format variés, destinés notamment à une identification par radiofréquences (RFID), par exemple, en remplacement des codes barres. On dénomme couramment ces derniers objets de formats variés des étiquettes électroniques ( tag , en langue anglaise) ou des coeurs d'objets ( inlay , en langue anglaise).
Les objets portatifs sans contact de l'art antérieur comportent, d'une part, un circuit intégré et, d'autre part, un support d'objet muni d'un circuit conducteur formant antenne. Des bornes du circuit conducteur formant antenne sont connectées au circuit intégré, pour l'émission et la réception de signaux radiofréquences entre un lecteur distant et ledit circuit intégré. La connexion des plages de contact du circuit intégré aux bornes du circuit conducteur formant antenne peut être réalisée selon différentes méthodes.
Tout d'abord, cette connexion peut être réalisée selon la méthode dite de câblage par fils ( wire bonding , en langue anglaise). Dans ce cas, les plages de contacts du circuit intégré sont connectées aux bornes de contact du circuit conducteur formant antenne au moyen de fils de connexion généralement en or. Deux opérations de soudure sont alors nécessaires pour chaque fil de connexion. Une première, aux plages de connexion du circuit intégré et, une seconde, aux bornes du circuit formant antenne. En outre, une goutte de résine de protection doit être déposée sur le circuit intégré connecté, de manière à assurer la protection dudit circuit et desdits fils de connexion. Les cadences de fabrication d'ob:ets sans contact selon cette première méthode de fabrication sont particulièrement faibles, eu égard notamment aux multiples étapes de soudure. En outre, les objets ainsi réalisés sont épais, compte tenu de la présence des fils de connexion englobés dans la résine de protection. La connexion des plages de contact du circuit intégré aux bornes du circuit conducteur formant antenne peut être réalisée selon la méthode dite par protubérances ( bumps , en langue anglaise). Dans ce cas, une protubérance, généralement en or, est déposée à la surface de chaque plage de contact du circuit intégré. Celui-ci est par la suite retourné (< flip-chip , en langue anglaise) pour une connexion aux bornes du circuit conducteur formant antenne, porté par le support d'objet. La tolérance au positionnement des circuits intégrés sur le support portant le circuit conducteur selon cette méthode est particulièrement faible. En effet, dans les applications RFID, plus particulièrement, dans les applications RFID fonctionnant à Ultra Hautes Fréquences (860-960 MHz), voire dans la bande de fréquence des micro-ondes (par exemple à 2,45 GHz), les dimensions des circuits intégrés sont faibles, de même que celles des plages de contacts desdits circuits et des protubérances qui les recouvrent. Il résulte de ce qui précède que, pour assurer le rendement optimum souhaité de 3 sigmas, la précision nécessaire au montage des circuits intégrés doit être très élevée, de l'ordre de 15 m d'écart par rapport à la position nominale. Les machines utilisées pour fournir une telle précision présentent des cadences de montage des circuits relativement faibles. En pratique, les cadences nominales sont de l'ordre de 10 000 pièces par heure (par exemple les cadences annoncées pour la machine de report DATACON & MECOTM référencée 8800 FC Smart LineTM ou QuantumTM sont de 10 000 pièces par heure). Cela est insuffisant, notamment, en comparaison des cadences obtenues pour le montage de circuits montés en surface (CMS). Les coûts de production des objets sans contact fabriqués selon la méthode dite par protubérances sont ainsi grevés par la relative lenteur de la production. Certes, des demandes de brevets déposées en France notamment, dont l'une au moins n'a pas été publiée à ce jour, une autre demande ayant été publiée sous le numéro FR2894714, et qui désignent M. Yannick Grasset en tant qu'inventeur et/ou déposant, qui divulguent de nouveaux circuits intégrés destinés à être reportés sur des supports portant un circuit conducteur formant antenne, en vue d'une connexion audit circuit, par liaison capacitive. Toutefois, les procédés de fabrication industriels de ces objets n'ont pas été divulgués dans ces documents, ni développés en pratique. Considérant l'art antérieur précité, un problème que se propose de résoudre l'invention est de réaliser un procédé de fabrication d'objets portatifs sans contact, qui pallie aux inconvénients précités des procédés existants, et qui autorise en particulier des cadences de report des circuits intégrés importantes, en utilisant des machines dont les cadences de fabrication sont élevées, pour des rendements acceptables. La solution proposée de l'invention à ce problème posé a pour premier objet un procédé de fabrication d'objets portatifs sans contact à circuit intégré, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes de : fourniture d'une galette de silicium munie de circuits intégrés comportant des plaques pour une connexion desdits circuits, par couplage capacitif, à des bornes de contact d'un circuit conducteur formant antenne disposé à la surface d'un support diélectrique de l'objet sans contact ; découpe des circuits intégrés de la galette de silicium ; saisie des circuits intégrés au moyen d'un moyen de 10 préhension d'une machine de report de circuits intégrés ; et de report des circuits intégrés saisis sur le support diélectrique, de manière que les plaques desdits circuits soient positionnés sensiblement en regard des bornes de 15 contact des circuits formant antenne. Elle a pour second objet une utilisation d'une machine de report dont les tolérances au positionnement des circuits intégrés sont supérieures ou égales à 30 m, pour la fabrication d'objets sans contact selon le 20 procédé précité, avec une cadence supérieure à 30 000 reports par heure pour un rendement de 3 sigmas. De manière avantageuse, - le report des circuits intégrés sur le support diélectrique est effectué selon des tolérances de positionnement supérieures ou égales à 25 30 gm, notamment comprises entre 30 °t 60 pm ; - le report des circuits intégrés sur le support diélectrique est effectué à une cadence supérieure à 15 000 ou supérieure à 30 000 reports par heure, pour un rendement de trois sigmas ; - la machine de report est une machine 30 prévue pour le montage de composants montés en surface ; - la colle est dispensée entre les bornes de contact des circuits formant antenne préalablement: au report des circuits intégrés, et lesdits circuits intégrés sont collés audit support au moyen de la colle dispensée ; - 35 les circuits intégrés sont disposés, dans la galette, avec leur face active orienté vers le haut, et en ce que les circuits intégrés saisis sont retournés préalablement à leur report sur le support diélectrique, au moyen d'un moyen de préhension de la machine de :eport ; et - les circuits intégrés sont disposés, dans la galette, avec leur face active orientée vers la toile-support. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, rédigée au regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 illustre un mode de mise en œuvre du procédé de fabrication d'objets sans contact selon l'invention ; - la figure 2 schématise le report d'un circuit intégré sur un support portant un circuit conducteur formant antenne, pour la fabrication d'un objet portatif sans contact selon l'invention ; et - les figures 3A et 3B comparent les tolérances au positionnement de circuits intégrés se=_on le procédé de l'invention avec celles de l'art antérieur.
Les objets portatifs sans contact selon l'invention sont des objets normalisés dont le format peut être quelconque. Ils sont par exemple au format carte, ou alors, dans des formats plus restreint, et constituent alors des étiquettes RFID. Dans certains cas, le format des objets sans contact de l'invention est plus important que celui d'une carte. C'est le cas, par exemple, des portefeuilles dits électroniques. Les objets RFID plus particulièrement visés dans la présente invention sont des objets RFID-UHF répondant aux normes EPC Class 1 Gen II ou ISO 18000-6c. La fréquence de fonctionnement desdits objets RFID UHF est supérieure à 400 MHz, notamment 433 MHz, de 800 à 900 MHz et au-delà du GHz. Ces objets portatifs comportent un circuit intégré et un support d'objet, muni d'un circuit conducteur formant antenne.
Le circuit intégré se présente sous la forme d'un parallélépipède de plus ou moins une centaine de microns d'épaisseur, et de quelques centaines de microns de large et de long. Il comporte un substrat silicium composé d'une superposition de couches comprenant des circuits intégrés interconnectés au moyen de via;. Dans un premier mode de réalisation, la dernière couche métal du circuit intégré selon l'invention, qui définit sa face active, présente des plages de contact d'une surface limitée - par exemple de l'ordre de 80 m x 80 m - bien inférieure à la surface de la face active du circuit intégré. Cette dernière couche métal est recouverte d'une couche de diélectrique : la couche de passivation réalisée par exemple en silicium isolant. La couche de passivation présente des ouvertures situées en regard des plages de contact, de manière à permettre un accès auxdites plages, en vue de leur connexion. Le circuit intégré comporte en outre des plaques de connexion. Ces plaques sont positionnées à la surface de la couche de passivation. Elles sont électriquement connectées aux plages de contact du circuit intégré, au travers des ouvertures. Les dimensions des plaques de connexion sont bien supérieures à celles des plages de contact, du moins en ce qui concerne la largeur et la longueur de ces plaques. Par exemple, lorsque le circuit intégré comporte deux plaques de connexion, la surface de chaque plaque est susceptible de correspondre au tiers de la surface totale du circuit intégré. Par contre, l'épaisseur des plaques est relativement faible, de l'ordre de quelques micron, par exemple 6 m. Les plaques de connexion sont elles-mêmes au moins en partie recouvertes d'une couche diélectrique constituées, de même que la couche de passivation, de silicium. Avec une épaisseur moyenne de la couche isolante de 3 m pour une permittivité relative de 4, et une permittivité de référence (pour le vide Epsilon° = 8,85. 10-12 F/m), il est permis de réaliser une capacité nominale par plaque de connexion de l'ordre de 500 fF à 2,4 pF. Dans un second mode de réalisation, les plaques de connexion sont réalisées au niveau de la dernière couche métal du circuit intégré, directement au-dessous de la couche de passivation. Aussi, contrairement au premier mode de réalisation, les circuits intégrés réalisés selon ce second mode de réalisation ne comporte pas de plage de contact connectées aux plaques, mais uniquement des plaques de contact recouvertes d'une couche de passivation. Le support de l'objet sans contact est, par exemple, un support diélectrique en matériau souple. Il s'agira alors de papier, de carton, ou de plastique. Dans un autre exemple, le support est un support en matériau rigide. Il s'agira alors de plastique dur ou de résine. Le circuit formant antenne définit une piste sur le support d'objet, dont les extrémités terminales constituent des bornes de connexion destinées à être connectées aux plaques de connexion du circuit intégré, par couplage capacitif. Ce circuit conducteur est par exemple imprimé à la surface du support, notamment par sérigraphie, flexographie ou héliogravure, offset ou à jet d'encre. L'encre conductrice utilisée est préférentiellement une encre polymère chargée en éléments conducteurs tels que l'argent, le cuivre ou le carbone. Dans un autre exemple, le circuit formant antenne est constituée d'une bande métallique estampée contrecollée à la surface du support voire d'un fil bobiné. Les étapes de la fabrication des objets portatifs selon l'invention sont illustrées notamment à la figure 1. Ainsi que cela apparaît sur cette figure, pour la 35 fabrication des objets portatifs sans contact selon l'invention, on fournit, dans une première étape, une galette 1 de silicium ( wafer , en langue anglaise). Cette galette 1 de silicium comprend une pluralité de circuits intégrés 2. Elle repose sur une toile-support 3 de couleur bleue ( blue tape , en langue anglaise) ou d'une toile support de type UV ( UV tape , en langue anglaise). En général, cette galette 1 de silicium a subi une étape préalable de sciage. Ce sciage a notamment pour effet de séparer les circuits intégrés 2 les uns des autres, de manière à ce que ceux-ci puissent être saisis au moyen d'un moyen de préhension d'une machine de report de circuits adaptée. En outre, la galette 1 a en général subi une étape préalable d'affinage ( backgrinding , en langue anglaise).
Les circuits intégrés sont positionnés, dans la galette 1, avec leur face active orientée vers le haut, ou alors, orientée vers le bas, c'est-à-dire, orientée contre la toile-support 3. Dans ce dernier cas, la toile-support 3 est traitée de manière que la face active desdits circuits intégrés ne soit pas polluée par des résidus de colle. Les circuits intégrés défectueux sont marqués et/ou un fichier carte-galette ( wafer-map , en langue anglaise), décrivant les circuits défectueux, est associé à la tranche de silicium. Lorsque les circuits intégrés sont disposés de manière que leur face active soit orientée vers le haut, alors, le marquage est effectué à la face active desdits circuits intégrés et le repérage des circuits défectueux est optique ou à partir du fichier carte-galette. Lorsque les circuits intégrés sont disposés de manière que leur face active soit orientée vers le bas, soit contre la toile-support, on utilise le fichier carte-galette pour écarter ces circuits de la fabrication.
Un post-traitement des galettes 1 est possible. Par exemple, dans le cas du premier mode de réalisation des circuits intégrés décrit plus haut, il est possible d'utiliser des galettes 1 classiques, munies de circuits intégrés comportant des plages de contact, puis de déposer une couche de passivation, munie d'ouvertures à l'endroit des plages de contact, et de réaliser ensuite, au cours de ce post-traitement, les plaques de connexion destinées à la connexion du circuit intégrés avec le circuit conducteur formant antenne, par couplage capacitif, lesdites plaques étant ultérieurement recouverte d'une couche additionnelle de diélectrique. Dans une autre étape du procédé selon l'invention, on fournit le support 4 d'objet puni du circuit conducteur 5 formant antenne dont des bornes sont destinées à une connexion au plaques de contact du circuit intégré 2 par liaison capacitive. En pratique, pour la fabrication des objets selon l'invention, les supports 4 sont fournis en bandes 6 qui fera l'objet de découpes ultérieures. On fournit enfin la machine de report. Cette machine comporte au moins un bras ou au moins un outil muni d'une ventouse d'aspiration, ledit bras et ladite ventouse formant un moyen de préhension de la machine. Les moyens de préhension permettent la saisie d'un circuit intégré 2 de la galette 1 de circuits intégrés et, si cela est nécessaire, le retournement dudit circuit intégré 2 saisi sur la galette de silicium (wafer, puis le report du circuit intégré saisi et éventuellement: retourné sur le support 4 d'objet. Ainsi que cela apparaît à la figure 1, le procédé de fabrication selon l'invention comporte donc une étape de saisie d'un circuit intégré 2 au moyen d'un moyen de préhension d'une machine de report de circuits intégrés.
Lorsque les circuits intégrés de la galette sont orientés face active dirigés vers le haut, comme cela est le cas dans l'exemple de la figure 1, alors ces circuits sont retournés au moyen d'un moyen de préhension de la machine de report. En pratique, ce premier moyen de préhension saisit le circuit intégré et réalise une rotation à 180° du circuit intégré de manière que la face active de celui-ci soit dirigée vers le bas. Les circuits intégrés saisis et éventuellement retournés sont amenés un à un à la verticale du support formant antenne. Ils sont alors reportés sur ledit support, entre les bornes du circuit conducteur formant antenne. A cet endroit, une goutte de colle non conductrice, 15 par exemple du type cyanolite ou époxy, aura préalablement été dispensée. L'étape de report est plus particulièrement schématisée à la figure 2. Ainsi que cela apparaît sur cette figure, pour son report, le circuit intégré 2, muni 20 des plaques de connexion 7, est amené à la verticale du support 4 portant l'antenne 5, une goutte de colle 8 ayant préalablement été déposée entre les bornes d'antenne 5, pour la fixation du circui-: 2 au support 4. La force appliquée au circuit 2 et/oa la température 25 et/ou la fluidité de la colle sont ajustées de manière à assurer une fixation adéquate du circuit. Une étape ultérieure de séchage ou de polymérisation de la colle est mise en oeuvre, si nécessaire. Les circuits intégrés sont finalement positionnés en 30 flip-chip, à savoir que la dernière couche, c'est-à-dire la couche diélectrique, se retrouve face au conducteur imprimé sur le support. Ainsi que cela est illustré à la figure 3A, lors de la dépose de circuits intégrés selon l'art antérieur, 35 disposant de protubérances, il est impératif que les protubérances soient positionnées en regard de l'antenne, avec une marge suffisante afin que le contact électrique soit de bonne qualité, c'est-à-dire, que la résistance d'accès soit faible. Dans ce cas, la précision nécessaire au montage doit être de l'ordre de plus ou moins 15 m pour un rendement de production à 3 sigmas. Par contre, lors de la dépose de circuits intégrés comportant des plaques pour une connexion capacitive, il suffit, ainsi que cela est illustré à la figure 3B, que tout ou partie des plaques constitutives de la capacité de connexion soit en regard du conducteur formant antenne. Dans ce cas, la précision nécessaire au montage peut être comprise entre 35 et 60 m. Ainsi, l'accroissement des tolérances de montage permet d'accéder à des machines de production pour le report de circuits intégrés, dont les cadences sont supérieures de par exemple au moins un facteur dix aux machines utilisées dans l'art antérieur. On utilisera donc avantageusement, selon l'invention, des machines de report assurant des tolérances au positionnement comprises entre 35 et 60 gm pour un rendement de production à 3 sigmas. Ces machines sont notamment des machines de montages de CMS qui permettent de faire progresser les cadences de production dans un rapport dix ou plus. Une machine assurant 10 000 pièces à l'heure en capacité nominale, ce qui correspond à l'état de l'art pour des tolérances de montage contraignantes de 10 à 15 m, par exemple fournie par DATACONTM ou Test InnovationTM sur une durée de 6 000 heures par an, produit une quantité nominale de 60 millions de pièces à l'année. Par comparaison, si on utilise, conformément à l'invention, une machine de montage CMS, qui assurerait le montage de 40 000 pièces à l'heure en capacité nominale, par exemple une machine UniversalTM pour des tolérances de montage de 35 à 60 m, sur la même durée de 6 000 heures par an, on produirait 240 millions de pièces. Les machines les plus performantes en dépose de CMS annoncent des cadences supérieures à 150 000 déposes par heure. Cela implique que le procédé selon l'invention dispose d'un potentiel de cadence multiplié par 15 quand on le compare à l'état de l'art des machines utilisées en RFID selon l'art antérieur. Avec 15 000 reports par heure, pour un rendement de 3 sigmas, la cadence est déjà multipliée par 1,5. 50 de pièces sont fabriquées en plus que dans l'état de la technique, pour une même période de temps. Les besoins en personnels de production étant sensiblement les mêmes et les coûts d'achat de ces machines étant du même ordre de grandeur, il en découle une très forte optimisation des coûts de production d'objets sans contact selon le procédé de l'invention. On notera en outre que, dans les objets sans contact fabriqués selon l'invention, les parasites dus à la variabilité du montage sont diminués. En effet, dans les montages conventionnels, les dispersions du positionnement induisent des parasites très variables par l'ajout du conducteur formant antenne au dessus du circuit intégré, sans que sa position ne soit précise, compte tenu des dimensions du circuit intégré. Or, quand un conducteur, formant ainsi une modification des lignes de champ, est présent ou absent au dessus des fonctions (entre autre des fonctions radiofréquences, mais aussi des oscillateurs ou démodulateurs, ...) du circuit intégré, cela impacte directement les performances de ces fonctions. Cela peut influencer à la fois la fréquence centrale de fonctionnement de l'étiquette électronique (dispersion voire décalage supplémentaire, non maitrise, non reproductible), tout comme la distance de fonctionnement, par un impact sur le rendement des fonctions radiofréquences). Selon l'invention, en venant déposer une plaque de métal de grande taille sur le circuit intégré, celle-ci est parfaitement identique d'un circuit intégré à un autre, assurant la constance et la maitrise des parasites. En particulier, lorsque les plaques sont ajoutées postérieurement à la fabrication des circuits intégrés, ces plaques sont éloignées du reste des conducteurs du circuit intégré et les parasites sont encore diminués, par rapport à la solution ou les plaques sont en dernière couche métal du circuit intégré. Autrement dit, les parasites sont diminués et 15 reproductibles.