FR2949018A1 - Connexion ohmique au moyen de zones de connexion elargies dans un objet electronique portatif - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne des objets électroniques portatifs comportant, d'une part, une puce (1) à circuit intégré et, d'autre part, d'un support (6) présentant deux bornes de connexion (5-1, 5-2) d'un circuit (5) ainsi qu'un procédé de fabrication de tels objet. L'invention se caractérise en ce que la puce est munie, à sa face active, de deux zones de connexion élargies (4-1, 4-2), notamment de plaques de connexion, lesdites plages de connexion étant positionnées au regard desdites bornes et connectées électriquement, par contact ohmique, à celles-ci, et en ce que la surface définie par les plaques de connexion à la face active du circuit intégré portant lesdites plaques est supérieure à 1/2 de la surface de cette face. L'invention s'applique, en particulier, aux objets RFID.

Description

CONNEXION OHMIQUE AU MOYEN DE ZONES DE CONNEXION ELARGIES DANS UN OBJET ELECTRONIQUE PORTATIF
La présente invention concerne des objets électroniques portatifs notamment sans contact comportant, d'une part, une puce à circuit intégré et, d'autre part, d'un support portant des bornes de connexion, par exemple des bornes d'un circuit d'antenne. L'invention concerne en outre un procédé de fabrication de tels objets. Les objets électroniques portatifs selon l'invention sont des objets au format carte, dits cartes à puce, disposant d'un mode de fonctionnement à contacts et/ou d'un mode de fonctionnement sans contact, ou alors, des objets de formats variés, par exemple destinés à une identification par radiofréquences. 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). Dans les objets électroniques portatifs de l'art antérieur, la puce à circuit intégré se présente généralement sous la forme d'un parallélépipède dont une face, appelée face active, porte des plages de contact. Ces plages de contact ont des dimensions très réduites par rapport à la surface de la face active. Dans un exemple, la face active de la puce est sensiblement carré de 600 gm de côté et les plages de contact, au nombre de deux, se présentent elles-mêmes sous une forme généralement carré, de 80 gm de côté. Il est de ce fait possible de considérer que les plages de contact constituent des zones de connexion quasi-ponctuelles à la face active de la puce.
Lorsque l'objet est un objet portatif sans contact, la connexion d'une puce à circuit intégré selon l'art antérieur au circuit d'antenne est susceptible d'être réalisée par couplage capacitif, ou alors, par contact ohmique. La connexion d'une puce au circuit d'antenne par couplage capacitif n'est possible que pour certains objets portatifs sans contact, fonctionnant à des fréquences relativement hautes, à partir de quelques centaines de MHz. Le couplage capacitif ne peut pas être mis en oeuvre dans des objets fonctionnant à courant continu. Par ailleurs, dans le cas d'un couplage capacitif, l'antenne est spécifique, à cause de la modification de l'impédance apportée par la capacité de liaison. Lorsque la connexion est réalisée par contact ohmique, soit la connexion est réalisée au moyen de fils de connexion connectés, d'une part, aux plages de contact et, d'autre part, aux bornes d'antenne, soit la connexion est réalisée au moyen de protubérances ( bumps en langue anglaise). La technologie de fabrication des objets portatifs sans contact, dans lesquels la puce est électriquement connectée au circuit d'antenne par contact ohmique au moyen de fils de connexion, est bien maitrisée, mais présente certains inconvénients. Pour chaque fil de connexion, deux soudures sont nécessaires, une première soudure au niveau de la plage de connexion et une seconde, au niveau d'une borne d'antenne. De ce fait, les cadences de fabrication des objets sont relativement faibles. En outre, la puce ainsi connectée par les fils de connexion doit être englobée dans une résine de protection, ce qui accroit l'épaisseur de l'objet à l'endroit de la puce. La technologie de fabrication des objets portatifs sans contact, dans lesquels la puce est électriquement connectée au circuit d'antenne par contact ohmique au moyen de protubérances, est de même bien maîtrisée mais de mise en œuvre délicate et présente certains inconvénients. Ainsi que cela est montré à la figure 1A, les protubérances Pl, P2 sont de petites boules d'or ou des pyramides de 20 à 50 gm de diamètre (boules) ou de côté (pyramides) déposées sur les plages de contact 7-1, 7-2, pour autoriser une connexion par contact ohmique au circuit d'antenne 5, par contact, soit direct, entre la protubérance et l'antenne, soit par l'intermédiaire d'une colle conductrice. La puce 1 est donc retournée ( flip- chip, en langue anglaise) sur le support 6. Il apparaît donc que la tolérance au positionnement de la puce 1 sur son support 6 muni du circuit d'antenne 5 est faible, ce qui ralentit les cadences de fabrication des objets. Selon l'état de l'art, la maîtrise requise du positionnement pour la connexion d'un circuit intégré, assemblé en flip-chip sur un support disposant d'une antenne est de l'ordre de 15 à 20 micromètres. Compte tenu de ce qui précède, un problème que se propose de résoudre l'invention est de réaliser des objets électroniques portatifs, notamment sans contact, dans lesquels la puce est connectée aux bornes de connexion d'un circuit, notamment d'un circuit d'antenne, en flip-chip, par contact ohmique, sans nécessiter une connexion au moyen de petites protubérances.
La solution de l'invention à ce problème posé a pour premier objet un objet portatif sans contact comportant, d'une part, une puce à circuit intégré et, d'autre part, d'un support présentant deux bornes de connexion d'un circuit, caractérisé en ce que la puce est munie, à sa face active, de deux zones de connexion élargies, lesdites zones de connexion étant positionnées au regard desdites bornes et connectées électriquement, par contact ohmique, à celles-ci, et en ce que la surface définie par les zones de connexion à la face active du circuit intégré portant lesdites zones de connexion est supérieure à 1/2 de la surface de cette face. Elle a pour second objet un procédé de fabrication d'un objet électronique portatif comportant les étapes 5 de . fourniture d'une puce à circuit intégré présentant une face active et d'un support présentant deux bornes de connexion d'un circuit ; fourniture de deux zones de connexion élargies à la 10 face active de la puce, la surface définie par lesdites zones de connexion à la face active du circuit intégré portant lesdites zones de connexion étant supérieure à 1/2 de la surface de cette face ; et de retournement de la puce avec connexion électrique 15 des zones de connexion, par contact ohmique, aux bornes du circuit. Ainsi, la puce, reportée en flip-chip sur le support, n'est pas munie de protubérances mais de zones de connexion élargies. Compte tenu des dimensions 20 définies par lesdites zones de connexion élargies, la connexion est assurée avec des contraintes de positionnement de la puce sur le support considérablement diminuées par rapport aux contraintes existantes dans le cas d'un report d'une puce avec protubérances. 25 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description non limitative qui suit, rédigée au regard des dessins annexés, dans lesquels : la figure lA schématise, en coupe, un objet portatif selon l'art antérieur, dans lequel une puce munie de 30 protubérances est reportée par flip-chip sur un support portant un circuit d'antenne ; la figure 1B schématise, en coupe, un objet portatif selon l'invention dans lequel la puce est munie de grandes plaques de connexion formant des zones de 35 connexion élargies ; les figures 2A et 2B illustrent deux modes de réalisation de l'invention comportant des zones de connexion élargies selon l'invention ; la figure 3A illustre, en vue de dessus, les contraintes de positionnement d'une puce munie de protubérances reportée par flip-chip sur un support d'antenne, pour la fabrication d'un objet portatif selon l'art antérieur ; et la figure 3B illustre, en vue de dessus, les faibles contraintes de positionnement qui existent dans le cas de la fabrication d'un objet portatif selon l'invention, selon lequel la puce est munie de grandes plaques formant des zones de connexion élargies. L'invention concerne des objets électroniques portatifs. De tels objets électroniques portatifs sont par exemple des cartes à puce, dont le format est normalisé, y compris des modules d'identification abonné (SIM ou Subscriber Identification Modules en langue anglaise) ou alors des objets de format variés tels que des étiquettes électroniques ou des coeurs d'objets. Les objets électroniques portatifs selon l'invention sont susceptible de disposer d'un mode de fonctionnement à contacts et/ou sans contact. Dans le cas où lesdits objets disposent à la fois d'un mode de fonctionnement à contacts et d'un mode de fonctionnement sans contacts, ces objets sont dits mixtes, hybrides ou dual mode. Dans un mode de réalisation particulier selon l'invention, les objets portatifs sont des objets disposant d'un mode de fonctionnement sans contact, et qui fonctionnent à la fréquence haute de 13,56 MHz ou aux ultra hautes fréquences comprises entre 860 et 960 MHz. Il peut toutefois s'agir d'objets fonctionnant à des fréquences quelconques. Il peut même s'agir d'objets fonctionnant à courant continu.
Les objets portatifs selon l'invention comportent une puce. Cette puce est une puce à circuit intégré sensiblement parallélépipédique de dimensions réduites. Les objets portatifs selon l'invention comportent en outre un support portant un circuit, par exemple un circuit d'antenne présentant deux bornes de connexion. Dans certains modes de réalsiation, le support est un support diélectrique par exemple réalisé en papier, en carton, en PET, PVC ou polyimide. Dans d'autres modes de réalisation, le support est un support du type époxy portant des métallisations. Dans ces autres modes de réalisation, des puits sont ménagés dans le support du type époxy pour une connexion aux métallisations par leur face arrière.
Lorsque le circuit de connexion est un circuit d'antenne, il définit une piste sur le support d'objet, dont les extrémités terminales constituent les bornes de connexion. Le circuit d'antenne visé sans l'invention doit de ce fait être considéré au sens large comme incluant des circuits d'antenne classiques, ainsi que des amorces d'antenne et des ponts conducteurs ( strap , en langue anglaise). Dans ce dernier cas, la norme JEDEC MO283 définit un exemple de strap susceptible de constituer un circuit d'antenne selon l'invention.
Le circuit d'antenne selon l'invention 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. Ainsi que cela est schématisé à la figure 1B, la 35 puce 1 de l'objet portatif 2 selon l'invention est munie, à sa face active 3, de deux zones de connexion élargies, par exemple des plaques continues de connexion 4-1, 4-2 conductrices sur l'entièreté de leur surface. Ces plaques 4-1, 4-2 sont positionnées au regard des bornes 5-1, 5-2 du circuit d'antenne 5 que porte le support 6. De ce fait, la puce 1 est reportée retournée pour son positionnement sur le support 6. Les plaques 4-1, 4-2 sont formées d'un matériel conducteur. Il s'agit par exemple d'un dépôt métallique ou d'un alliage du type aluminium, cuivre, or, AlSi ou autre. Par ailleurs, la surface de la face active 3 de la puce porte éventuellement des plages de contact 7-1, 7-2 affleurantes au travers d'une couche de passivation de ladite puce 1, et selon lequel ladite face active est en outre munie d'une couche d'isolant 8 portant les plaques de connexion 4-1, 4-2 connectées aux plages de contact 7 1, 7-2. Aussi, les puces 1 utilisées selon l'invention sont avantageusement des puces classiques, produites par des fondeurs, et qui pourraient tout aussi bien être utilisées pour la fabrication d'objets portatifs selon l'art antérieur, mais auxquelles on fait subir un post-traitement selon l'invention, en déposant une couche d'isolant et les plaques de connexion. Ainsi que cela apparaît aux figures 2A et 2B, la surface définie par les zones de connexion élargies 4-1, 4-2, à la face active 3 du circuit intégré 1 portant lesdites zones de connexion, est supérieure à 1/2 de la surface de cette face 3. Autrement dit, la somme E de la surface 6X1 x 6Y1 définie par la zone 4-1 ajoutée à celle 6X2 x 6Y2 définie par la zone 4-2 est supérieure à 1/2 de la surface de la face active de la puce. Lorsque les zones de connexion sont des plaques continues, ainsi que cela est le cas à la figure 2A, la surface définie par une zone est donc confondue avec la surface de la plaque.
Dans le mode de réalisation de la figure 2B ; les zone de connexion sont des plaques continues, sur lesquelles on a reporté une pluralité de bumps. On notera que les bumps peuvent être selon l'invention de formes non usuelles tel que rectangulaires, en L, en serpentins, en spirales, dont l'emprise sur la puce aurait une surface proche de la taille des plaques. On notera par ailleurs que, selon des variantes de réalisation de l'invention les zones de connexion élargies peuvent être discontinues. Il peut par exemple s'agir d'un ensemble de lignes conductrices définissant des zones de connexion élargies. Dans d'autres variantes encore, les zones de connexion élargies sont des plaques, à la surface desquelles on reporte une pluralité de protubérances dispersées sur la plaques, pour assurer une connexion en des points multiples. Les zones de connexion élargies ont une épaisseur comprise entre 5 et 25 m. Par exemple, l'épaisseur d'une plaque de connexion est de l'ordre de 12 m. Avantageusement, la surface définie par les zones de connexion élargies à la face active du circuit intégré portant lesdites zones est supérieure ou égale à 2/3 de la surface de cette face. Dans un exemple, la face active de la puce est carré 300 à 800 gm de côté. De ce fait, la surface de la face active est comprise entre 0,09 mm2 et 0,64 mm2. Dans ce cas, la surface définie par les zones de connexion sera par exemple sensiblement rectangulaire. Elle couvrira 2/3 ou plus de la surface de la face active. On notera que la puce 1 est avantageusement collée au support 5 au moyen d'une colle soit isolante soit anisotropique conductrice en Z assurant la connexion électrique entre les zones de connexion 4-1, 4-2 et les bornes d'antenne 5-1, 5-2. Dans d'autres modes de réalisation, la puce est collée au support au moyen d'une colle isolante. Dans ces derniers modes de réalisation, la connexion électrique entre les zones de connexion élargies et les bornes d'antennes est assuré par un contact direct entre les zones de connexion élargies et les bornes d'antennes.
Pour la fabrication d'objets portatifs selon l'invention, on fournit, dans un exemple, une puce à circuit intégré présentant une face active munie de deux plages de contact. On dépose un isolant sur cette face active de manière que les plages de contact ne soient pas recouverte par ledit isolant. Puis, on positionne les zones de connexion élargies selon l'invention de sorte que celles-ci couvrent un demi voire deux tiers de la surface de cette face active. Les zones de connexion élargies sont connectées électriquement aux plages de contact. On fournit ensuite un support muni d'un circuit formant antenne dont deux bornes sont situées à proximité l'une de l'autre et on dépose alors une colle isolante ou anisotropique conductrices en Z sur le support, au niveau des bornes. La puce, munie des zones de connexion élargies, est alors retournée et positionnée sur le support de sorte que les zones de connexion soient positionnées au regard des bornes d'antenne. La puce est à l'identique de l'état de l'art collée au support au moyen de la colle isolante ou anisotropique. La connexion entre la puce et le circuit d'antenne est du type ohmique. Si l'on se réfère maintenant aux figures 3A et 3B, il apparaît que les contraintes de positionnement d'une puce 1 sur son support 5 sont bien inférieures, selon l'invention (figure 3A), par rapport à l'art antérieur (figure 3B). En effet, la figure 3B montre que, même avec une faible proportion de zone de connexion au regard de l'antenne, le contact est toujours assuré sur les deux zones assurant la connexion avec l'antenne. La tolérance au positionnement de la puce est ainsi très large selon l'invention. La figure 3A montre quant à elle la limitation due aux contacts quasi ponctuels coté circuit intégré. Les contraintes de positionnement sont nettement plus fortes, selon l'art antérieur, que selon l'invention. Ainsi, dans l'hypothèse ou la maitrise de réalisation des antennes nécessite de conserver une distance entre les deux extrémités de l'antenne venant en regard du circuit, de l'ordre de 200 m, la distance qui sépare les zones de connexion élargie, avantageusement les plaques de grande taille, sur le circuit intégré peut être séparée de seulement 100 m par exemple. Une dispersion du positionnement de plus ou moins 50 gm autour de la position nominale n'aura aucun effet sur le contact sur cet axe. De même, l'usage d'un connecteur d'antenne d'environ 100 m plus large que le circuit intégré permettra qu'une dispersion de plus ou moins 50 m autour de la position nominale n'ait ainsi aucun effet sur le contact sur ce second axe. En définitive, les techniques usuelles à protubérances nécessitent la maitrise du positionnement à plus ou moins 20 m et elles impactent les performances électriques par de fortes dispersions. La présente invention permet de relâcher considérablement les tolérances au positionnement. Pour plus ou moins 35 à 60 gm de dispersion autour de la position nominale, le montage du circuit intégré utilisant des contacts élargis ne subira pas de dispersion de ses performances. De plus, une extension des tolérances de positionnement au-delà des 35 à 60 m est envisageable. Par ailleurs, l'usage de plaques de connexion selon l'invention permet une connexion ohmique sur une surface nettement supérieure à celle de l'art antérieur. Il en résulte que, statistiquement, la connexion se faisant sur une surface de grande taille, elle sera d'une part de bien meilleure qualité et d'autre part la garantie de connexion n'en sera que bien supérieure.
Aussi, le rendement fonctionnel du montage selon l'invention, pour la fabrication d'objet portatifs sans contact, est grandement améliorée. La dispersion usuelle des montages de circuits pour les applications RFID provoque une variation des parasites de couplages du à la présence de l'antenne et/ou la présence d'une colle conductrice. Ayant réalisé ces plaques de grandes tailles et les ayant positionnées avec précision sur le circuit intégré, ceci participe à la réalisation d'un écran ( shield en langue Anglaise). De la sorte, quelles que soient les dispersions de montage, cet écran en masque les effets et assure une plus grande régularité des performances électriques du tag ou Inlay. En outre, et en particulier dans le cas de fréquences UHF ou supérieures, les dispertions dues aux parasites sont minimisées. De ce fait, les degrés de liberté pour le désign et l'optimisation des antennes sont plus grands, permettant une meilleure réception d'énergie donc un meilleur fonctionement dans le cas d'un faible champ. L'usage de plaques de grande taille utilisées pour un contact électrique direct permet aussi une adaptation aux fréquences basses comme à 13,56 MHz. En effet, le plus souvent, une capacité existe en interne au sein du circuit intégré. Pour limiter les dispersions, il faut alors réaliser une capacité de couplage plus importante. Or, la capacité interne est déjà de l'ordre de 100pF ce qui rend le couplage capacitif délicat voir impossible. Bien entendu, l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus mais englobe d'autres modes de réalisation, qui concernent notamment les objets portatifs qui disposent à la fois de modes de fonctionnement à contacts et sans contact, voire les objets portatifs qui disposent uniquement de modes de fonctionnement à contacts. Dans ce dernier cas, les bornes de connexion du circuit sont formées par exemple par les bornes de contact arrière des métallisations d'un micromodule destiné à être incorporé dans un corps de carte au format classique des cartes à puce ou au format des SIM. Le micromodule sera alors extra-fin.

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Objet électronique portatif comportant, d'une part, une puce (1) à circuit intégré et, d'autre part, un support (6) présentant deux bornes de connexion (5-1, 5-2) d'un circuit (5), caractérisé en ce que la puce est munie, à sa face active, de deux zones de connexion élargies (4-1, 4-2) lesdites zones de connexion étant positionnées au regard desdites bornes et connectées électriquement, par contact ohmique, à celles-ci, et en ce que la surface définie par les zones de connexion à la face active (3) du circuit intégré portant lesdites zones de connexion est supérieure à 1/2 de la surface de cette face.
  2. 2. Objet portatif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un mode de fonctionnement sans contact et en ce que le circuit est un circuit d'antenne (5).
  3. 3. Objet portatif selon l'une des revendications 1 20 ou 2, caractérisé en ce que les zones de connexion élargies (4-1,
  4. 4-2) sont des plaques de connexion. 4. Objet portatif selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, selon lequel la surface définie par les zones de 25 connexion élargies (4-1, 4-2) à la face active (3) de la puce à circuit intégré (1) portant lesdites zones est supérieure ou égale à 2/3 de la surface de cette face.
  5. 5. Objet portatif selon l'une des revendications 30 précédentes, caractérisé en ce que la face active de la puce (1) a une surface comprise entre 0,09 mm2 et 0,64 mm2 .
  6. 6. Objet portatif selon l'une des revendications précédentes, selon lequel la surface de la face active (3) de la puce (1) porte des plages de contact (7-1,
  7. 7-2) affleurantes au travers d'une couche de passivation de ladite puce, et selon lequel ladite face active est en outre munie d'une couche d'isolant portant les zones de connexion élargies (7-1, 7-2) connectées aux plages de contact. 7. Objet selon l'une des revendications précédentes, selon lequel la puce est collée au support soit au moyen d'une colle anisotropique conductrice en Z assurant la connexion électrique entre les zones de connexion élargies et les bornes d'antenne, soit au moyen d'une colle isolante.
  8. 8. Objet portatif selon l'une des revendications précédentes, selon lequel ledit objet est une étiquette RFID fonctionnant à la fréquence haute de 13,56 MHz ou aux ultra hautes fréquences comprises entre 860 et 960 MHz.
  9. 9. Procédé de fabrication d'un objet électronique portatif comportant les étapes de : fourniture d'une puce à circuit intégré (1) présentant une face active (3) et d'un support (6) présentant deux bornes de connexion (5-1, 5-2) d'un circuit (5) ; fourniture de deux zones de connexion élargies à la 30 face active de la puce, la surface définie par lesdites zones de connexion à la face active du circuit intégré portant lesdites zones de connexion étant supérieure à 1/2 de la surface de cette face ; et deretournement de la puce avec connexion électrique des zones de connexion élargies, par contact ohmique, aux bornes du circuit.
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le circuit (5) est un circuit d'antenne et en ce que l'objet électronique portatif est un objet sans contact.
  11. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les zones de connexion élargies (4-1, 4-2) sont des plaques de connexion.
  12. 12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que la surface de la face active de la puce porte des plages de contact affleurantes au travers d'une couche de passivation de ladite puce, et selon lequel ladite face active est en outre munie d'une couche d'isolant portant les zones de connexion élargies connectées aux plages de contact.
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