FR2937765A1 - Procede de montage de composants passifs sur un objet portable de faible epaisseur, et objet portable ainsi obtenu - Google Patents

Procede de montage de composants passifs sur un objet portable de faible epaisseur, et objet portable ainsi obtenu Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif électronique (21) comportant sur un substrat (3) flexible, d'une part un premier composant constitué par un circuit intégré électronique (5), et d'autre part au moins un second composant électronique (9) ayant une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du dispositif électronique lui-même, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - laminer sur une face du substrat, un film adhésif (43); - reporter ledit second composant (9) sur ledit film adhésif ; - interconnecter électriquement les bornes dudit second composant avec des bornes correspondantes du substrat, par dispense entre les bornes respectives d'une colle conductrice et flexible ; - dispenser autour de la bordure dudit second composant une résine d'encapsulation (27) liquide et polymérisable, jusqu'à ce que celle-ci obture l'ouverture en périphérie dudit second composant mais sans recouvrir ledit second composant avec la résine d'encapsulation ; - polymériser la résine d'encapsulation pour la faire passer à l'état solide ; - retirer l'adhésif, de sorte que l'épaisseur finale maximale du dispositif électronique coincide avec l'épaisseur dudit second composant.

Description

Procédé de montage de composants passifs sur un objet portable de faible épaisseur, et objet portable ainsi obtenu s
L'invention concerne de façon générale l'intégration de composants passifs sur une électronique fine et flexible. L'invention concerne plus spécifiquement un procédé de fabrication io d'un dispositif d'identification, et une structure de dispositif d'identification obtenue par la mise en oeuvre du procédé. L'invention concerne en outre l'utilisation du dispositif d'identification pour la fabrication d'objets portables tels que des cartes à puce sans contact, des documents d'identification tels que des passeports électroniques ou des 15 cartes à puces sans que cette liste ne soit limitative.
Etat de la technique : On connaît déjà dans l'état de la technique, des procédés de fabrication de dispositifs d'identification, selon lesquels on dispose sur un 20 susbtrat isolant, une électronique permettant une communication avec un lecteur externe, et constituée par une puce microélectronique reliée à une antenne ou à un bornier, puis on reporte contre le substrat pourvu de l'électronique formée par la puce et son interface, une ou plusieurs couches de matériaux plus ou moins compressibles, destinées à protéger et à intégrer 25 l'électronique. Ces procédés connus et les dispositifs qui en résultent comportent plusieurs inconvénients. Ainsi, les procédés de fabrication connus conduisent le plus souvent à des dispositifs ayant une épaisseur relativement importante, de l'ordre de 0,6 mm ou plus, ou relativement inégale, ce qui est 3o pénalisant notamment lorsque ces dispositifs doivent être utilisés pour la fabrication de documents et de clés d'identification électroniques très fins tels que des passeports électroniques. Les nouveaux passeports électroniques 2 prévoient des cahiers de charges très contraignants en ce qui concerne leur résistance mécanique et leur durée de vie, qui doit être de plusieurs années, en particulier de dix ans en Europe. Par ailleurs, les dispositifs d'identification radiofréquence aujourd'hui nécessaires doivent pouvoir s'intégrer sans surépaisseur dans les feuilles des documents d'identification tels que les passeports, et présenter une taille et des caractéristiques mécaniques, notamment de flexibilité, compatibles avec les cahiers des charges de ces documents. Or certains des dispositifs connus dans l'état de la technique io nécessitent, en plus du microcircuit habituel, un composant passif comme par exemple un résonateur, un oscillateur, un condensateur d'ajustement ou d'autres éléments passifs relativement épais. Pour le montage de ces composants passifs sur le dispositif et leur raccordement électrique au microcircuit, on pourait penser à un montage en surface par brasage ou 15 collage sur le substrat qui supporte le microcircuit. Mais la difficulté du montage de ces composants passifs réside dans le fait qu'ils ont une épaisseur assez forte, de l'ordre de 0.3 à 0.6mm, qui est donc équivalente à l'épaisseur du produit fini qui est susceptible de les intégrer, ce qui pose bien entendu un problème technique à résoudre. 20 Problème technique : Les technologies connues de montage de composants sur un substrat fin et flexible ne permettent pas la réalisation de produits fins et souples incluant des composants passifs sous forme de SMD (acronyme pour 25 Surface Mounted Device en terminologie anglo-saxonne) dont l'épaisseur est voisine ou égale à celle du produit fini. Or de nouveaux produits tels que la carte à puce pour internet et les cartes SIM utilisant un protocole de communication à haut débit de type USB 2.0 intègrent jusqu'à 3 puces et des composants passifs, dont un résonateur 30 à 48MHz particulièrement précis, et ayant une épaisseur de l'ordre de 0,5 mm.
D'autres produits fins et flexibles tels que les documents d'identité, comme les passeports électroniques, nécessitent également la réalisation de modules électroniques d'épaisseur égale ou proche de l'épaisseur des composants passifs eux-mêmes, du fait de l'intégration d'un circuit résonnant, d'une capacité de charge, d'une capacité d'ajustement ou autre. Les niveaux de fiabilité requis pour ces produits sont élevés compte tenu de leur durée de vie de l'ordre de 10 ans visée pour un usage sur le terrain, ce qui implique un montage fiable des composants passifs sur le produit. io Or l'épaisseur des résonateurs ou oscillateurs (cristal, céramique...) ne permet pas aujourd'hui leur intégration dans un module pour carte à puce répondant aux critères de fiabilité des applications bancaire, identitaire, transport et accès. En effet, un renfort mécanique et/ou d'étanchéité des connexions 15 électriques entre le composant SMD et le microcircuit est aujourd'hui nécessaire pour assurer une fiabilité suffisante. Mais ce renfort mécanique génère des contraintes mécaniques, et on sait que les contraintes mécaniques peuvent avoir comme conséquence des décalages de fréquence pour des composants passifs du type résonateur ou autre, ce qui compromet 20 la capacité de communication sans fil à haut débit des produits considérés.
Buts de l'invention : Un but de l'invention est par conséquent de proposer un procédé de fabrication de dispositifs électroniques qui permette de pallier aux 25 inconvénients des procédés de fabrication connus. Un autre but de l'invention est de proposer une structure et un procédé de fabrication qui permettent l'intégration aisée et fiable de composants passifs sur des supports ayant sensiblement la même épaisseur que les composants à intégrer. 30 Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication qui soit simple et qui permette d'atteindre un coût de fabrication faible au regard des applications envisagées, tout en présentant une fiabilité suffisante pour assurer la durée de vie en question. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de dispositifs d'identification qui permette d'obtenir de façon fiable et répétitive, des dispositifs d'identification intégrant au moins un composant passif, tout en restant parfaitement plats et avec une faible épaisseur très uniforme, de quelques centaines de micromètres. Résumé de l'invention : Afin d'atteindre ces buts et de résoudre le problème posé, les io ingénieurs de la demanderesse ont donc été conduits vers le développement d'un nouveau concept pour le montage des composants passifs sur une électronique fine ayant une épaisseur équivalente à celle des composants à monter. L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'un 15 dispositif électronique comportant sur un substrat flexible, d'une part un premier composant constitué par un circuit intégré électronique, et d'autre part au moins un second composant électronique ayant une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du dispositif électronique lui-même, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : 20 - laminer sur une face du substrat, un film adhésif, notamment un film adhésif réagissant à la pression ou à la température; - reporter ledit second composant sur ledit film adhésif ; - interconnecter électriquement les bornes dudit second composant avec des bornes correspondantes du substrat, par dispense entre les bornes 25 respectives d'une colle conductrice et flexible ; - dispenser autour de la bordure dudit second composant une résine d'encapsulation liquide et polymérisable, jusqu'à ce que celle-ci obture l'ouverture en périphérie dudit second composant mais sans recouvrir ledit second composant avec la résine d'encapsulation ; 30 - polymériser la résine d'encapsulation pour la faire passer à l'état solide ; - retirer l'adhésif, de sorte que l'épaisseur finale maximale du dispositif électronique coincide avec l'épaisseur dudit second composant. De cette manière, on obtient un dispositif d'identification parfaitement plat et sans boursouflures, sous forme de pastille apte à être s intégrée aisément dans une feuille de passeport électronique, et qui incorpore solidement des composants passifs bien qu'ils aient une épaisseur sensiblement égale à celle du dispositif d'identifcation lui-même, sans créer en surface de surépaisseurs ou d'irrégularités notables. Avantageusement, ledit second composant électronique est un io composant passif, et est constitué par une résistance, une capacité d'accord, une capacité de charge, ou un résonateur, et le dispositif électronique est à fonctionnement radiofréquence. De préférence, ledit film adhésif possède un pouvoir d'adhésion suffisamment modéré pour permettre son enlèvement par pelage. 15 Pour fabriquer une pluralité de dispositifs selon l'invention, le substrat flexible et le film flexible étant continus et conditionnés en rouleau, on assemble une pluralité de dispositifs électroniques par lamination en continu, puis on individualise les dispositifs électroniques ainsi formés, en réalisant une découpe transversale entre deux dispositifs électroniques contigus. 20 L'invention a également pour objet un dispositif électronique d'identification, caractérisé en ce qu'il est obtenu à l'aide du procédé de fabrication tel que mentionné plus haut. Le dispositif électronique d'identification comporte un substrat fin et flexible portant un premier composant électronique sous la forme d'une puce 25 microélectronique pourvue de plots de connection électrique, et est caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un second composant électronique passif d'épaisseur supérieure ou égale à celle de la puce microélectronique, et dont les bornes sont reliées aux plots de connection correspondants de la puce microélectronique par une matière électriquement 30 conductrice, ledit composant passif étant entouré par une résine polymérisable qui vient recouvrir le contour dudit composant passif et la puce microélectronique à concurrence de l'épaisseur dudit composant passif, et l'ensemble du dispositif électronique ainsi formé ayant une épaisseur régulière comprise entre environ 250 micromètres et 600 micromètres. Avantageusement, la résine d'encapsulation jouxte au moins 50% de la périphérie du composant passif. L'invention a encore pour objet l'utilisation d'un dispositif électronique tel que mentionné plus haut, pour la fabrication d'un passeport comportant une ou plusieurs feuilles revêtues d'informations d'identification de son porteur, l'une des feuilles du passeport comportant un évidement io apte à recevoir ledit dispositif électronique. Ce passeport présente un évidement dans lequel est inséré et solidarisé un dispositif électronique d'identification selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés dans lesquels : 15 - les figures 1A, 1B illustrent en vue en élévation et en coupe un dispositif d'identification conforme à l'état de la technique; - les figures 2A, 2B illustrent en vue en élévation et en coupe un dispositif d'identification selon deux premières variantes de l'invention ; - les figures 3A, 3B illustrent en vue de dessus un dispositif obtenu 20 selon l'invention conforme aux figures 2A,2B respectivement; - les figures 4A à 4F illustrent les étapes successives du procédé de fabrication selon l'invention. On se réfère à la figure 1. Dans cette figure, on a représenté en élévation et en coupe un dispositif électronique 1 composé d'un substrat 3 25 sur lequel est fixé une puce microélectronique 5 dont les plots de sortie (non représentés) sont connectés par des fils conducteurs à des plots correspondants du substrat. La puce 5 est enrobée d'une goutte de résine 7 qui après solidification, la protège. En figure 1A, cette goutte de résine a une forme sensiblement arrondie. Si dans cette configuration, la fonctionalité du 30 dispositif 1 requière l'adjonction d'une composant passif 9, il sera nécessaire de fixer ce composant au voisinage de la puce 5 avant l'enrobage de celle-ci 7 par la résine, de connecter le composant passif à la puce, puis d'enrober ensemble la puce et le composant passif. Compte tenu de l'épaisseur des composants passifs aujourd'hui disponibles pour réaliser des résonnateurs ou des condensateurs d'ajustement, épaisseur qui est en général supérieure à 450 micromètres, la goutte d'enrobage 17 est beaucoup plus grosse qu'en l'absence du composant passif, comme représenté en trait interrompu. En outre, compte tenu de la forme bombée de l'enrobage, cette disposition connue amène à dépasser l'épaisseur permise pour le produit, à moins d'usiner la résine d'enrobage après durcissement, pour obtenir une goutte de io résine de forme plane, comme représenté en figure 1B. Mais cette opération n'est pas recommandée car elle introduit un coût supplémentaire, et aussi des contraintes mécaniques qui peuvent nuire à la fiabilité des connexions entre la puce et le composant passif. On se réfère maintenant à la figure 2, dans laquelle on a représenté is un premier mode de réalisation du dispositif 21 selon l'invention. En figure 2A (vue du haut), un dispositif électronique, vue en coupe selon la coupe 3-3 de la figure 3, est constitué d'un substrat fin 3 de préférence flexible sur lequel est fixé une puce microélectronique 5. Un composant passif 9 est également monté sur le substrat 3 au voisinage de la puce microélectronique 20 5. Les deux composants 5,9 sont électriquement connectés par l'intermédiaire de plots du substrat (non représentés) et d'une colle conductrice, de préférence à une brasure classique. Comme on le voit, le composant passif 9 a une épaisseur supérieure à l'épaisseur de la puce 5. Parmi les adhésifs conducteurs utilisables, on peut citer les résines à faibles 25 contraintes et à faible coefficient de dilatation thermique, intégrant un liant flexible, à base de silicone, Bismaléimide ou Epoxy dit low stress en terminologie anglo-saxonne. Afin de solidariser mécaniquement l'ensemble, une résine d'encapsulation 27 liquide isolante est dispensée au-dessus de la puce 5 de 30 façon à ce qu'elle vienne entourer au moins en partie le composant passif 9. La résine 27 est choisie avec une viscosité appropriée, typiquement de 1000 8 à 8000mPas, et pourvue d'agents nivellants pour que sa partie supérieure prenne une forme plane avant polymérisation. En outre, la quantité de résine dispensée est choisie de telle manière que la face supérieure 28 de la résine d'encapsulation soit alignée avec la face supérieure 29 du composant passif 9. En figure 2B, on a représenté un mode de réalisation dans lequel le composant passif 9 est encore plus épais et est logé dans un évidement 23 du substrat, alors que ses faces latérales 25,26 sont maintenues pas la résine d'encapsulation 27. Ceci permet d'intégrer des composants passifs les plus io épais possibles compte tenu de l'épaisseur totale tolérée pour le dispositif 1. Dans les figures 3A et 3B, on a représenté respectivement les réalisations selon les figures 2A et 2B, en vue de dessus. Comme visible sur la figure 3A, la résine d'encapsulation 27 jouxte sensiblement les trois quarts de la périphérie du composant passif 9, ce qui assure un maintien mécanique 15 de qualité. Les tests prouvent qu'un entourage du composant passif sur au moins 50 % de sa périphérie est suffisant. Dans la figure 3B, la résine d'encapsulation a été dispensée de manière à entourer totalement la périphérie du composant passif 9, ce qui constitue la solution idéale du point de vue mécanique. 20 La résine d'encapsulation liquide 27 qui entoure le composant passif 9 lors de sa dispense est ensuite solidifiée par une étape de polymérisation, ce qui fait que les champs latéraux du composant 9 sont maintenus dans la gangue formée par la résine solidifiée 27. On observe que dans les différents cas de figures, une des faces 25 inférieure 31 et/ou supérieure 32 du composant passif 9 affleure au moins une des faces inférieure 33 et /ou supérieure 34 du dispositif électronique 21, de sorte que l'épaisseur du dispositif peut être minimisée. D'autre part, comme le composant passif 9 n'est pas complètement pris entre des couches de lamination, il n'y a pas d'étape de lamination susceptible de nuire à son 30 bon fonctionnement. 9 Afin de réussir à fabriquer les dispositifs électroniques 21 décrits précédemment, le procédé de fabrication classique est adapté pour tenir compte de la difficulté de réaliser un ensemble dans lequel le composant passif 9 a toujours au moins une face 31,32 qui affleure à la surface du dispositif. On se réfère par conséquent à la figure 4 pour décrire un mode de réalisation du procédé de fabrication optimisé. Afin de pouvoir déposer en toute sécurité les composants passifs dans les ouvertures prévues sur le substrat, on lamine (figure 4A) le susbstrat 3, io qui est typiquement fourni en bobine 41, avec un film adhésif 43 également fourni en bobine 45, à l'aide d'un équipement de lamination bien connu. Le film adhésif peut être constitué de préférence d'un film en matière plastique sensible à la température ou simplement à la pression exercée pendant le laminage du film. On choisira de préférence un film en matière 15 thermoplastique ou à pouvoir d'adhésion modéré ou dégradable, car il faudra pouvoir ultérieurement retirer le film. Le pouvoir d'adhésion du film assurera l'étanchéité vis-à-vis de l'écoulement de la résine d'encapsulation, et sera limité par la force de cohésion du produit ainsi que sa sensibilité à la déformation. 20 Puis, comme représenté en figure 4B, on reporte dans chaque ouverture du substrat, un composant passif 9 qui est déposé sur la partie adhésive du film. Cette opération est aisée à faire avec des machines de report classiques. Ensuite, comme représenté en figure 4C, on procède à 25 l'interconnexion électrique des composants passifs avec les plots correspondants du substrat, en déposant entre leurs plots de contact et les plots de contacts correspondants du substrat, une colle conductrice flexible 46. Cette opération est effectuée à l'aide d'une machine de dispense de colle également bien connue. 2937765 io Puis, comme réprésenté en figure 4D, on reporte et on connecte de la même manière les autres composants du dispositif, notamment la puce microélectronique 5. Selon une étape prévue par l'invention, (figure 4 E), on borde chaque 5 composant passif 9 à l'aide de la résine d'encapsulation 27, qui est amenée à l'aide d'une machine de dispense classique. La quantité et les propriétés de viscosité de la résine sont choisies de manière que la résine entoure la périphérie de chaque composant passif. Elle recouvre la puce microélectronique mais pas le composant passif. La proportion de la io périphérie des composants passifs qui est ainsi entourée dépend de la position respective des composants, et du dégré de solidité mécanique requis. Un taux d'entourage du composant passif supérieur à 50 % est suffisant en général pour un bon maintien du composant passif dans la gangue formée par la résine. 15 La résine d'encapsulation est choisie pour polymériser à la température ambiante, ou avec un léger chauffage ou séchage par rayons ultraviolets. Il est à noter que le film adhésif 43 permet aussi d'éviter l'écoulement de la résine d'encapsulation avant qu'elle ne polymérise. Après la 20 polymérisation, le film n'est plus utile, et on peut le retirer, par exemple par pelage, comme représenté en figure 4F.
Avantages de l'invention :, D'un point de vue industriel, le procédé selon l'invention constitue une 25 solution efficace pour réaliser des produits au format carte à puce ISO 7816- 1 devant assurer la compatibilité avec un protocole de communication à haut débit de type USB 2.0. Une vitesse de communication 12 à 48 MBauds est envisageable grâce à la possibilité d'intégrer un oscillateur stable sur le produit. Dans le 30 cas où les composants passifs à intégrer sont des résonateurs, les procédés de connexion électrique et de bordage décrits par l'invention sont 11 compatibles avec la précision requise sur la fréquence de l'oscillation, ce qui montre que les contraintes mécaniques appliquées au composant sont suffisamment faibles. L'invention permet dorénavant d'intégrer des composants passifs dans les documents fins et flexibles, comme les documents identitaires. En ce qui concerne la fiabilité de l'assemblage du produit, des tests ont montré que les produits satisfont aux normes requises, à savoir notamment les tests de la norme dite CQM (dont le test 3 galets jusqu'à 15N ), les tests correspondant à la norme ISO 7816 (Cartes à puces) et les tests ICAO ( Organisation de l'Aviation Civile Internationale). 25

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un dispositif électronique (21) comportant sur un substrat flexible (3), d'une part un premier composant constitué par un circuit intégré électronique (5), et d'autre part au moins un second composant électronique (9) ayant une épaisseur sensiblement égale à l'épaisseur du dispositif électronique lui-même, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - laminer sur une face du substrat (3), un film adhésif (43); - reporter ledit second composant (9) sur ledit film adhésif ; - interconnecter électriquement les bornes dudit second composant avec des bornes correspondantes du substrat, par dispense entre les bornes respectives d'une colle (46) conductrice et flexible ; - dispenser autour de la bordure dudit second composant (9) une résine d'encapsulation (27) liquide et polymérisable, jusqu'à ce que celle-ci obture l'ouverture en périphérie dudit second composant mais sans recouvrir ledit second composant avec la résine d'encapsulation ; - polymériser la résine d'encapsulation pour la faire passer à l'état solide ; - retirer l'adhésif, de sorte que l'épaisseur finale maximale du dispositif électronique coincide avec l'épaisseur dudit second composant.
  2. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit second composant électronique (9) est un composant passif.
  3. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif électronique (21) est à fonctionnement radiofréquence et en ce que ledit composant passif (9) est constitué par une résistance, une capacité d'accord, une capacité de charge, ou un résonateur. 13
  4. 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit film adhésif (43) possède un pouvoir d'adhésion suffisamment modéré pour permettre son enlèvement par pelage.
  5. 5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que le substrat flexible (5) et le film flexible (43) étant continus et conditionnés en rouleau, on assemble une pluralité de dispositifs électroniques (21) par lamination en continu, puis on individualise les dispositifs électroniques ainsi formés, en réalisant une découpe transversale entre deux dispositifs électroniques contigus.
  6. 6. Dispositif électronique d'identification (21), caractérisé en ce qu'il est obtenu à l'aide du procédé de fabrication selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes.
  7. 7. Dispositif électronique d'identification (21) comportant un substrat (3) fin et flexible portant un premier composant électronique sous la forme d'une puce microélectronique (5) pourvue de plots de connection électrique, 20 caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un second composant électronique (9) passif d'épaisseur supérieure ou égale à celle de la puce microélectronique, et dont les bornes sont reliées aux plots de connection correspondants de la puce microélectronique par une matière électriquement conductrice (46), ledit composant passif étant entouré par une résine 25 polymérisable (27) qui vient recouvrir le contour dudit composant passif et la puce microélectronique à concurrence de l'épaisseur dudit composant passif, et l'ensemble du dispositif électronique ainsi formé ayant une épaisseur régulière comprise entre environ 250 micromètres et 600 micromètres.14
  8. 8. Dispositif électronique (21) selon la revendication 7, caractérisé en ce que la résine d'encapsulation (27) jouxte au moins 50% de la périphérie du composant passif. s
  9. 9. Utilisation d'un dispositif électronique (21) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, pour la fabrication d'un passeport comportant une ou plusieurs feuilles revêtues d'informations d'identification de son porteur, l'une des feuilles du passeport comportant un évidement apte à recevoir ledit dispositif électronique. 10
  10. 10. Passeport électronique, caractérisé en ce qu'il comporte dans au moins une de ses feuilles, un évidement dans lequel est inséré et solidarisé un dispositif électronique d'identification (21) selon l'une des revendications 6 à 8. 15
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