FR3006549A1 - Procede de realisation d'un circuit electrique et circuit electrique realise par ce procede - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un circuit électrique (4) par exemple pour réaliser un module de carte à puce. Sur une première face (6) du circuit sont réalisées des plages (8) de contacts électriques pour ultérieurement connecter électriquement la puce à un système de lecture/écriture. Sur une deuxième face (10) du circuit est réalisée une antenne (12) pour coupler ultérieurement électro-magnétiquement la puce à un système de lecture/écriture de type RFID. La deuxième face (10) comporte à la fois des premières zones électriquement conductrices, pour connecter électriquement la puce aux plages de contacts, et des deuxièmes zones électriquement conductrices pour réaliser des plots de connections avec une antenne ou bien au moins une partie de l'antenne directement et/ou de ses pistes de connexion à la puce. Un dépôt de matériau électriquement conducteur (18) est réalisé sur la deuxième face (10) par électro-déposition et masquage sélectif pour obtenir des épaisseurs différentes de ce matériau sur les premières et deuxièmes zones électriquement conductrices.

Description

Procédé de réalisation d'un circuit électrique et circuit électrique réalisé par ce procédé. L'invention concerne le domaine des circuits électriques (imprimés ou avec des grilles conductrices). Par exemple, des circuits électriques selon l'invention peuvent être utilisés pour la réalisation de modules électroniques de carte à puce « dual », c'est-à-dire comprenant à la fois des contacts et une antenne ou à la fois des contacts et des moyens de connexion avec une antenne située dans le corps d'une carte à puce. De telles cartes à puce « dual » ont de multiples usages : cartes de crédit, cartes de transport, cartes d'identité, etc. Celles-ci sont généralement constituées d'un support rigide, par exemple en matière plastique, constituant l'essentiel de la carte, dans lequel est incorporé un module électronique fabriqué séparément et une antenne. L'antenne peut être réalisée par gravure d'une couche métallique par exemple ou avec un fil conducteur. Le module électronique comporte un circuit électrique généralement flexible, muni d'une puce (circuit intégré), avec des plages de contact sur une face, dite face contact ou face avant et qui est visible sur la carte une fois celle-ci finie, et sur la face opposée, dite face arrière ou face de connexion, des plages conductrices (par exemple en cuivre) intégrant directement une antenne pour les cartes « dual » à effet « booster » (voir explication ci-dessous) ou bien intégrant des zones de connexion avec une antenne qui est localisée uniquement dans le corps de la carte Selon l'exemple choisi pour illustrer l'invention, les cartes à puce concernées ont donc une double interface de communication avec la puce (d'où le terme « dual »). On parle aussi de cartes avec et sans contact, ou de cartes « Combi ». Pour une utilisation « avec contact», les contacts sont reliés à la puce et affleurent sur la face avant du module pour permettre une connexion électrique à un dispositif de lecture et/ou écriture, lors de l'introduction de la carte dans ce dispositif. Pour une utilisation « sans contact », on utilise, sur la face arrière du module : soit une antenne qui est directement et physiquement électriquement connectée à la puce, et couplée électro-magnétiquement (donc sans liaison physique) avec une deuxième antenne, dite « antenne booster ou master », incorporée dans le support rigide de la carte ; - soit des plages de connexion, appelées aussi « pads » qui sont connectés physiquement avec une antenne incorporée dans le support rigide de la carte Les puces sont placées soit sur la face arrière du substrat, soit dans une cavité réalisée dans le substrat. Dans tous les cas, une connexion de la puce à la face arrière des plages de contacts est nécessaire. Pour assurer une qualité suffisante à cette connexion, sur le matériau conducteur des plages de contact, un métal précieux tel que de l'or ou une bicouche or sur palladium est déposé sur la face arrière du module électronique. Lorsque le métal précieux est déposé par un procédé électrolytique, le métal précieux vient recouvrir toutes les parties conductrices de la face arrière du module.

Un but de l'invention est de diminuer le cout de fabrication des modules électronique pour dual interface ou cartes dual. A cet effet, il est proposé selon l'invention un procédé de fabrication d'un circuit électrique dans lequel on fournit un substrat. Il s'agit par exemple d'un substrat pour circuit imprimé flexible qui se présente sous forme de feuille avec deux faces principales.

Sur une première face du substrat (face contact) sont réalisées des plages de contacts électriques. Celles-ci sont par exemple réalisées par photo-lithogravure d'une couche de cuivre collée et/ou laminée sur le substrat. De manière alternative, les plages de contacts électriques sont découpées mécaniquement pour former une grille conductrice qui est ensuite colaminée avec le substrat (on parle alors de technologie « lead frame » selon la terminologie anglo-saxonne). Des trous d'interconnexion sont réalisés à travers le substrat avant ou après que celui-ci ne reçoive la couche de cuivre. Au moins certaines des plages de contact obturent au moins partiellement un trou d'interconnexion. Les plages de contacts électriques ont donc une face arrière orientée vers les trous d'interconnexion et une face avant opposée à la face arrière. Il existe plusieurs possibilités pour connecter la puce aux faces arrière des plages de contacts électriques. Selon l'une de ces possibilités, chacune des plages de contact recouvre, un trou d'interconnexion au travers duquel passe un fil soudé par l'une de ces extrémités à un plot, ou borne, de la puce et par l'autre de ses extrémités à la face arrière d'une plage de contact. Dans ce cas, on parle de trous borgnes de « bonding ». Selon une autre possibilité, la connexion électrique entre les deux faces est réalisée à l'aide de trous d'interconnexion métallisés (aussi appelés micro-vias).

Selon encore une autre possibilité, un trou ou cavité d'interconnexion unique est ménagé(e) dans le substrat et la puce est directement placée dans ce trou ou cavité, et connectée à la face arrière des plages de connexion par la technologie dite de « puce retournée » (c'est-à-dire dite « flip-chip » selon la terminologie anglo-saxonne).

Sur la deuxième face du substrat, la face arrière, une antenne peut être réalisée par exemple selon l'une des technologies mentionnées plus haut (gravure ou « leadframe »). Cette antenne permet ultérieurement de coupler électro-magnétiquement, directement ou par l'intermédiaire d'une autre antenne placée dans le corps de la carte en plastique, la puce à un système de lecture/écriture de type RFID.

Selon le procédé conforme à l'invention, on réalise ensuite, sur la deuxième face du substrat, un dépôt de matériau électriquement conducteur. Par exemple ce matériau électriquement conducteur est un métal précieux tel que de l'or, du palladium ou de l'or sur palladium. Le dépôt de celui-ci est réalisé par électro-déposition et masquage mécanique sélectif de la face arrière. Le masquage mécanique sélectif masque principalement des pistes conductrices qui peuvent être des plots de connexion d'une antenne ou bien l'antenne elle-même présente sur cette face arrière. Par exemple, le masquage mécanique sélectif permet de focaliser le dépôt de métal précieux essentiellement sur la face arrière des plages de contacts, voire sur une portion ou une zone limitée de celle-ci. L'objectif de ce dépôt est de former une couche de matériau électriquement conducteur en quantité et qualité suffisantes pour réaliser des connexions, par exemple par soudure, à travers le ou les trou(s) d'interconnexion entre la puce et la face arrière des contacts. Selon un autre exemple, le masquage sélectif concentre le dépôt de métal précieux aux zones comportant des trous d'interconnexion métallisés. Ainsi, grâce au masquage sélectif de parties de la face arrière du module, notamment des pistes conductrices comportant des pistes d'amenée de courant, des plots de connexion d'une antenne ou bien l'antenne elle-même présente sur cette face arrière, il est possible d'obtenir des épaisseurs différentes de ce matériau sur au moins une portion des plages ou pistes électriquement conductrices de la face arrière. Ainsi grâce à l'invention, on adapte l'épaisseur de métal précieux déposé aux zones sur lesquelles c'est vraiment nécessaire, contrairement aux procédés de l'art antérieur dans lesquels on recouvre aussi bien les zones fonctionnelles telles que celles sur lesquelles les sont soudés les fils de connexion entre la puce et les plages de contacts, mais aussi les zones non fonctionnelles telles que celles correspondant à des pistes d'amenée de courant pour le dépôt électrolytiques ou les plages de connexion de l'antenne, ou bien encore l'antenne elle-même lorsque celle-ci est intégrée au module (dans le cas de la technologie « booster » mentionnée plus haut). Ce type de masquage sélectif est aussi appelé selon la terminologie anglo-saxonne « spot-plating ». Un masquage mécanique sélectif présente l'avantage par rapport à un masquage par résine d'éviter de polluer les surfaces conductrices sur lesquelles doivent être ultérieurement réalisées des connexions électriques. La réalisation des contacts sur la première face du substrat, ainsi que des plages de contacts et de soudure des fils de connexion avec la puce ou les antennes nécessaires au cartes « dual » sur la deuxième face de celui-ci, ainsi que le dépôt du matériau électriquement conducteur par masquage sélectif peut être effectuée par un intervenant sur des lignes de fabrication dites de rouleau-à-rouleau (soit « reel-to-reel » selon la terminologie anglo-saxonne). Cet intervenant livre donc éventuellement des substrats sous forme de rouleaux comportant chacun de très nombreux modules. Chaque module comporte des contacts sur une face et des zones de connexion avec une antenne ou bien une antenne sur la face opposée. Les rouleaux sont donc découpés ultérieurement pour individualiser les modules, sur lesquels des puces sont montées par un ou plusieurs autres intervenants. Les rouleaux peuvent être fabriqués, en mettant en oeuvre le masquage selon l'invention, en format de 35mm, 70mm ou bien 150mm de large. Les modules sont distribués sur les rouleaux avec une période de symétrie de 14,25mm ou bien 9,5mm, ar exemple. Selon un autre aspect, l'invention concerne un circuit électrique obtenu par ce procédé. Comme expliqué plus haut, le circuit électrique comprend une première face et une deuxième face.

La première face comporte des plages de contacts électriques destinées à connecter ultérieurement électriquement la puce à un système de lecture/écriture. Au moins l'une de ces plages obture au moins partiellement un trou d'interconnexion. Les plages de contacts électriques ont donc une face arrière orientée vers le trou d'interconnexion et une face avant opposée à la face arrière. Sur la deuxième face du circuit est réalisé un circuit d'interconnexion avec une antenne ou bien une antenne directement. Le circuit électrique selon l'invention comporte en outre un matériau électriquement conducteur sur la deuxième face ayant au moins deux épaisseurs différentes : Une première épaisseur sur les pistes conductrices (pistes d'amenée de courant, plages de connexion à une antenne ou antenne), et une deuxième épaisseur au niveau d'un trou d'interconnexion, sur la face arrière des plages de contacts électriques. Le rapport entre la première et la deuxième épaisseur est inférieur à 1 et plus avantageusement encore inférieur ou égal à 1/3. Par exemple, si le matériau électriquement conducteur est de l'or, son épaisseur peut être supérieure ou égale à 150nm sur des premières zones électriquement conductrices, intégrant la face arrière des plages de contacts électriques au niveau d'un trou d'interconnexion. Son épaisseur, au niveau de deuxièmes zones ou pistes électriquement conductrices sur lesquelles est réalisée au moins une partie de l'antenne et/ou au moins une piste de connexion de l'antenne à la puce, est de moins de 50nm. Par exemple, l'épaisseur d'or est de 150nm au niveau d'un trou d'interconnexion, alors qu'elle n'est que de 15 nm sur pistes électriquement conductrices comportant l'antenne (ou les zones de connexion à l'antenne). On notera que dans certaines configurations de l'antenne, les premières zones électriquement conductrices, c'est-à-dire celles recevant une épaisseur supérieur de le matériau électriquement conducteur, peuvent comprendre une partie de l'antenne. Bien entendu le masquage mécanique sélectif pourra être néanmoins dans ce cas adapté pour masquer au maximum l'antenne. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 représente schématiquement en perspective une carte à puce comportant un exemple de module réalisé à partir d'un circuit électrique selon l'invention ; - Les figures 2a, 2b et 2c représentent schématiquement en coupe respectivement certaines étapes successives du procédé selon l'invention ; - Les figures 3a et 3b représentent respectivement en élévation la face avant d'un premier exemple de circuit électrique comportant plusieurs modules selon l'invention et la face arrière de l'un de ces modules ; et - La figure 4 représente schématiquement vue de dessus une portion d'un exemple de ligne d' électro-déposition pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Un exemple de mise en oeuvre du procédé selon l'invention est décrit ci-dessous. Selon cet exemple, il s'agit d'un procédé de fabrication d'un circuit électrique pour module de carte à puce.

La figure 1 représente une carte à puce 1 comportant un module électronique 2 selon l'invention. Lorsque le module 2 est intégré dans la carte, des contacts 3 affleurent à la surface de la carte pour permettre une connexion électrique avec un lecteur de carte (non représenté). Lors de sa fabrication, le module 2 est réalisé à partir d'un circuit électrique 4. Sur la figure 2a est représentée une étape du procédé de fabrication du circuit électrique 4. Sur cette figure, seule une portion du circuit électrique 4 est représentée. Le circuit électrique 4 comporte un substrat 5 flexible, par exemple de verre-epoxy. Le circuit électrique 4 comporte, sur une première face 6, une première couche de cuivre 7 dans laquelle ont déjà été réalisées des plages 8 de contacts électriques et des pistes 9 d'amenée de courant (nécessaires au dépôt électrolytique du ou des matériau(x) conducteur(s) qui viendront protéger ou renforcer la conduction des plages 8 de contact). Le circuit électrique 4 comporte également sur une deuxième face 10, une deuxième couche de cuivre 11, dans laquelle ont déjà été réalisés (par exemple par gravure) des pistes conductrices 12. Ces pistes conductrices peuvent comprendre des plots de connexion avec une antenne ou bien l'antenne 12 elle-même et des pistes de connexion 13. La deuxième face 10 comporte également des pistes d'amenée de courant (non représentées) nécessaires au dépôts électrolytique du ou des matériau(x) conducteur(s) qui viendront renforcer la conduction des pistes de connexion 13 et des faces arrière 15 des plages 8 de contact. On peut ainsi définir sur la deuxième face 10 à la fois des premières zones électriquement conductrices, intégrant la face arrière 15 des plages 8 de contacts électriques au niveau d'un trou d'interconnexion 14, pour réaliser des connexions électriques de la puce aux plages 8 de contacts électriques, et des deuxièmes zones électriquement conductrices pour réaliser des pistes conductrices 12 comportant soit au moins une partie des plots d'antenne ou soit l'antenne elle-même et/ou de ses pistes de connexion 13 à la puce. Les première 7 et deuxième 11 couches de cuivre sont chacune respectivement collées (par une couche d'adhésif non-représentée) et/ou laminées sur le substrat 5. Des trous d'interconnexion 14 ont également été réalisés dans l'épaisseur du substrat 5. Chacune des plages 8 de contacts électriques obture un trou d'interconnexion 14. Ces plages 8 de contacts électriques ont donc leur face arrière 15 orientée vers le trou d'interconnexion et leur face avant 16 opposée à la face arrière 15.

Afin de protéger la première couche de cuivre 7, un dépôt électrolytique d'une couche d'un premier matériau électriquement conducteur 17 mais relativement inerte est réalisé sur celle-ci (voir figure 2b). Ce matériau électriquement conducteur 17 peut être par exemple de l'or, de l'argent, du platine, du nickel, du palladium, du ruthénium, du rhodium, ou leurs alliages. Un métal précieux est préférentiellement utilisé pour réaliser la couche de matériau électriquement conducteur 17. Afin de limiter la quantité de ce matériau électriquement conducteur 17 électro-déposé, un masquage mécanique est mis en oeuvre dans une cellule d'électrolyse. Comme ce sera expliqué plus loin avec plus de détails, un masque mécanique permet d'éviter ou de limiter le dépôt de matériau électriquement conducteur 17 essentiellement sur les pistes 9 d'amenée de courant. Une couche de 50nm d'or est par exemple ainsi sélectivement déposée sur les plages 8 de contacts électriques (voir figures 3a et 4a). Cette épaisseur peut bien entendu être différente s'il s'agit d'une couche de nickel, de palladium, de ruthénium, d'argent, de rhodium, ou de leurs alliages.

Afin de réaliser une meilleure connexion électrique sur la face arrière 15 des plages 8 de contacts électriques, un dépôt électrolytique d'une couche d'un deuxième matériau électriquement conducteur 18 mais relativement inerte est réalisé sur celle-ci (voir figure 2c). Comme précédemment ce deuxième matériau électriquement conducteur 18 peut être de l'or, de l'argent, du platine, du nickel, du palladium, du ruthénium, du rhodium, ou leurs alliages. Afin de limiter la quantité de ce matériau électriquement conducteur 18 électro-déposé, un masquage mécanique est mis en oeuvre dans la cellule d'électrolyse. Le masque mécanique permet d'éviter ou de limiter le dépôt de matériau électriquement conducteur 18 essentiellement sur les pistes conductrices 12 comportant des plots de connexion de l'antenne ou bien l'antenne elle-même. Une couche de 150nm à 500 nm d'or est par exemple ainsi sélectivement déposée sur les trous d'interconnexion 14 ou 15 des plages 8 de contacts électriques (voir figure 3b et 4b). Cette épaisseur peut bien entendu être différente s'il s'agit d'une couche de nickel, de palladium, de ruthénium, d'argent, de rhodium, ou de leurs alliages. Un exemple de résultat du procédé selon l'invention décrit ci-dessus est schématiquement représenté sur les figures 3a et 3b. La figure 3a représente la première face 6 du circuit électrique 4. Les portions latérales 19 du circuit électrique 4, comprenant les pistes 9 d'amenée de courant ne sont pas recouvertes du premier matériau électriquement conducteur 17. De même, les pistes conductrices 12 comprenant l'antenne et les pistes 9 d'amenée de courant de la deuxième face 10 ne sont pas recouvertes ou bien que très partiellement du deuxième matériau électriquement conducteur 18 (voir figure 3b). Comme on peut le remarquer notamment sur la figure 3b, la surface à recouvrir du deuxième matériau électriquement conducteur 18 peut être relativement petite par rapport à la surface de l'ensemble de la deuxième face 10. Les économies de premier 17 et/ou de deuxième 18 matériau(x) électriquement conducteur(s) peuvent être conséquentes. La figure 4 représente une portion de ligne d'électrodéposition comportant une cellule d'électrolyse 20 avec masquages sélectifs, remplie d'un électrolyte comprenant le matériau électriquement conducteur (dans l'exemple considéré ici, les premiers et deuxième matériaux électriquement conducteurs sont identiques ; il s'agit d'or). Un premier masque 21 cylindrique joue le rôle d'anode mise en contact avec les pistes d'amenée de courant 9 de la première face 6, tout en permettant que la surface correspondant essentiellement aux plages 8 de contacts électriques reste en contact avec 1 ' électrolyte. Un deuxième masque 22 cylindrique joue également le rôle d'anode mise en contact avec pistes d'amenée de courant 9 de la deuxième face 10, tout en permettant que la surface correspondant essentiellement aux pistes de connexion 13 reste en contact avec 20 l'électrolyte comprenant le deuxième matériau électriquement conducteur. Le dépôt du matériau électriquement conducteur est donc réalisé en disposant les anodes en vis-à-vis des ouvertures 23 des masques 21 et 22, à travers lesquelles on souhaite déposer le premier ou le deuxième matériau électriquement conducteur. 25

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un circuit électrique (4) comprenant - la fourniture d'un substrat (5), - la réalisation sur une première face (6) du substrat (5) de plages (8) de contacts électriques chacune obturant au moins partiellement un trou d'interconnexion (14), ces plages (8) de contacts électriques ayant donc une face arrière (15) orientée vers le trou d'interconnexion (14) et une face avant (16) opposée à la face arrière, - la réalisation sur une deuxième face (10) du substrat (5) d'une piste conductrice (12), caractérisé par le fait qu'il comporte en outre la réalisation d'un dépôt d'un matériau électriquement conducteur (18) sur la deuxième face (10) par électro- déposition et masquage mécanique sélectif pour obtenir des épaisseurs différentes de ce matériau sur la piste conductrice (12) et sur au moins une portion de la face arrière (15) des plages de contacts électriques.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la piste conductrice (12) comprend un plot de connexion à une antenne.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel une antenne comprend la piste conductrice (12).
4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dépôt avec masquage mécanique sélectif du matériau électriquement conducteur (18) est réalisé sur un rouleau de substrat (5) flexible d'au moins 35mm de large.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le masquage mécanique sélectif est appliqué sur un rouleau sur lequel des modules électriques sont disposés avec une périodicité comprise dans la liste de dimensions suivantes : 14,25mm et 9,5mm.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dépôt du matériau électriquement conducteur est réalisé en disposant une anode en vis-à-vis de zones sur lesquelles on souhaite déposer le matériau électriquement conducteur.
7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le rapport de l'épaisseur du matériau électriquement conducteur sur la piste conductrice (12) et de l'épaisseur du même matériau, au niveau des trous d'interconnexion, sur la face arrière (15) des plages de contacts électriques est inférieur ou égal à 1/3.
8. 8. Circuit électrique pour réaliser au moins un module de carte à puce (1), comprenant - une première face (6) avec des plages (8) de contacts électriques pour ultérieurement connecter électriquement la puce à un système de lecture/écriture, au moins l'une de ces plages (8) obturant au moins partiellement un trou d'interconnexion (14), les plages (8) de contacts électriques ayant donc une face arrière (15) orientée vers le trou d'interconnexion (14) et une face avant (16) opposée à la face arrière (15), - une deuxième face (10) sur laquelle est réalisée une piste conductrice (12), caractérisé par le fait qu'il comporte en outre un matériau électriquement conducteur (18) sur la deuxième face (10) ayant un rapport des épaisseurs du matériau électriquement conducteur sur la piste (12) et, au niveau d'un trou d'interconnexion (14), sur la face arrière (15) des plages de contacts électriques, inférieur ou égal à 1/3.
9. 9. Circuit électrique selon la revendication 8, dans lequel le matériau électriquement conducteur (18) est de l'or et fait au moins 150nm d'épaisseur,au niveau d'un trou d'interconnexion (14), sur la face arrière (15) des plages de contacts électriques, et moins de 50nm d'épaisseur sur la piste (12).
10. 10. Circuit électrique selon la revendication 8 ou 9, dans lequel la piste conductrice (12) comprend un plot de connexion à une antenne.
11. 11. Circuit électrique selon la revendication 8 ou 9, dans lequel une antenne comprend la piste conductrice (12).10