WO2001015266A1 - Procede de fabrication de micromodules electroniques comprenant une antenne et micromodules obtenus par le procede - Google Patents

Procede de fabrication de micromodules electroniques comprenant une antenne et micromodules obtenus par le procede Download PDF

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Philippe Patrice
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Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing electronic micromodules comprising an antenna. It applies to the production of electronic micromodules intended for example to produce electronic labels or to be inserted into portable devices of the smart card type.
  • micromodules comprising an antenna
  • the manufacture of micromodules comprising an antenna has consisted in placing the integrated circuit chip comprising the electronics for operating or controlling the antenna on a support and in producing the antenna either directly on this support around the micromodule. , or on another support to come into contact with connection pads of the integrated circuit chip.
  • the antenna has so far been produced on a support sheet in card format chip, this sheet being laminated between the two sheets intended to make the smart card body. It is increasingly sought to produce reduced-size micromodules whether these micromodules are intended to be placed in a contactless smart card or whether they are intended to produce electronic labels. It is in this spirit that the present invention fits.
  • micromodules comprising at least one antenna, according to which the antenna is produced directly on a silicon support so as to use the technology for manufacturing integrated circuits, the antenna thus being under the form of integrated circuit.
  • the present invention more particularly relates to a method for producing electronic micromodules comprising at least one antenna, mainly characterized in that it comprises the following steps: producing the electronic circuits in the form of integrated circuits from a first wafer substrate, - make the antennas on a substrate wafer, in particular by etching conductive tracks whose ends form connection pads, place an insulator between the two wafers and assemble them, cut the two wafers assembled around the integrated circuits, transfer each set thus formed on electrical contact pads possibly carried by a support, the antenna connection pads above the contact pads and, connecting the antenna connection pads to the electronic integrated circuit via the pads of contact .
  • the substrate wafer carrying the antennas is a substrate wafer made of semiconductor material.
  • the semiconductor material is advantageously silicon.
  • the antenna connection pads are produced by depositing conductive material to form protuberances coming into contact with the contact pads during the transfer of the chips to said contact pads.
  • the whole is coated with a protective resin.
  • connection pads of the electronic integrated circuit are connected to the contact pads by soldering wires.
  • connection pads are in the form of protrusions, these protrusions each resting on an electrical contact pad.
  • the connection pads of the electronic integrated circuit are connected to the antenna pads by means of contact pads by soldered wires.
  • the support is produced by a dielectric sheet.
  • the invention applies to the production of electronic labels as mentioned above comprising a micromodule as it has just been characterized.
  • the invention also applies to the production of portable devices of the smart card type comprising a micromodule as it has just been characterized.
  • FIG. 1 represents a silicon wafer on which antennas have been produced in accordance with the invention
  • FIG. 2 represents a step in the method according to a first embodiment, the integrated circuit wafer seen on the wafer carrying the antenna tracks
  • FIG. 3 represents a step in the method according to the invention
  • FIG. 4 represents the step in the method according to the invention leading to the production of the micromodule in accordance with the invention
  • FIG. 5 illustrates an electronic label
  • FIG. 6 illustrates a first type of portable device.
  • Figure 7 illustrates a second type of portable device.
  • Integrated circuits are the antenna circuits produced in the process according to the invention, whether these circuits are produced according to a preferred embodiment using the technique of manufacturing integrated circuits or another technique as soon as they have dimensions similar to that of integrated circuits.
  • FIG. 1 illustrates a silicon wafer 1 provided with a plurality of integrated circuits 2.
  • An integrated circuit 2 comprises a conductive track 3 provided with one or more turns and ending in connection pads 4a, 4b. Each track 3 forms an antenna.
  • an antenna is in the form of an integrated circuit 2, obtained by direct etching of a silicon wafer according to conventional technologies for manufacturing integrated circuits.
  • the realization of this antenna ends with the installation of studs 4a and 4b produced by the BUMP technique, that is to say of depositing a conductive substance at the end of the tracks so as to form protuberances. These pads are formed by a lead-tin alloy (Pb / Sn).
  • the realization of BUMP is a technique consisting in obtaining a protuberance or protuberance, commonly used in the production of integrated circuits.
  • Figure 2 shows the silicon wafer 1 carrying the tracks forming the antennas.
  • This plate 1 bears the reference 1 and is seen on the edge.
  • an intermediate element 5 for assembling the two plates that is to say the plate 1 with an integrated antenna circuit and the plate 6 which can be seen in FIG. 3 and which carries integrated circuit chips producing the electronics capable of driving the antenna transmit-receive signals.
  • This intermediate piece 5 is in the preferred embodiment in the form of an electrically insulating adhesive film which will on the one hand therefore allow the assembly of the plates 1 and 6 and above all to provide electrical insulation between the integrated circuits antennas and integrated circuit chips of the second wafer 6.
  • FIG. 3 illustrates a step in the process consisting in assembling the wafer 1 carrying the antennas to the wafer 6 carrying the electronic chips 7.
  • This assembly consists in fixing the wafers 1 and 6 back to back by means of the sheet of adhesive 5.
  • the antennas are on one side of the assembly formed, while the electronic chips are on the other face of this same assembly.
  • the wafers are superimposed using video cameras.
  • Another step in the process then consists in cutting the two assembled wafers according to the dotted lines Dl and D2. These lines D1 and D2 are illustrated in FIG. 3.
  • a plurality of electronic modules capable of operating without contact are obtained, which each comprise at least two back-to-back integrated circuits, an antenna integrated circuit and an electronic circuit chip, each with their connection pads.
  • the antenna connection pads bear the references 3a, 3b
  • the connection pads of the electronic chip bear the references 7a, 7b.
  • This assembly is then transferred according to the method to another assembly 10 comprising contact pads 8a, 8b, carried if necessary by a support substrate 9.
  • This substrate 9 may be produced by a dielectric sheet.
  • the contact pads 8a, 8b allow the connection between the two electronic chips 2 and 7. Indeed, to this end, the assembly formed by the two chips is transferred to these contact pads 8a, 8b, so as to that the antenna pad 3a is pressed onto the pad 8a and the electronic circuit chip pad 7a is connected by a wire welded to this same pad 8a. In the same way, the antenna pad 3b is pressed against the contact pad 8b and the contact pad of the electronic chip 7b is connected by a conductive wire welded to the pad 8b.
  • the antenna pads can be connected by reflowing the bosses of the tin-lead alloy antenna or anisotropic glue or any other known means.
  • the manufacturing process also comprises an intermediate step consisting in fixing all of the two chips on the support 9 of the contact pads 8a and 8b. For this, a drop of glue 13 is injected onto the support 9 before the transfer of all of the two chips to the contact pads 8a and 8b.
  • the process may end with a step of protecting the assembly thus produced by means of a resin 11 deposited by any known means above the support 9.
  • the chip-contact pad interconnection is carried out using standard technology for soldering electrically conductive wire (ire Boundmg in English terminology).
  • micromodules which can, as has already been said, allow the production of very small electronic labels.
  • These micromodules can also be inserted into portable devices of the smart card type, whatever the format of these devices. In this case, the micromodule will be protected by a resin as was underlined during the last optional step of the process and a molding will be carried out around this together, the molding used to form the plastic body of the smart card.
  • FIG. 5 represents the diagram of an electronic label E comprising a micromodule M according to
  • FIG. 6 represents the diagram of a portable device C1 of the smart card type of reduced format according to the GSM standard comprising a micromodule M according to
  • FIG. 7 represents the diagram of a portable device C2 of smart card type of ISO standard format comprising a micromodule M according to the invention.
  • an integrated circuit chip to a silicon substrate comprising an antenna.
  • a glass substrate or any other material could be used.
  • the antenna would for example be obtained by etching or deposition.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation de micromodules électroniques comprenant au moins une antenne comportant les étapes suivantes: réaliser les circuits électroniques sous la forme de circuits intégrés (7) à partir d'une première plaquette substrat (6); réaliser les antennes sur une plaquette substrat (1), notamment par gravure de pistes conductrices dont les terminaisons forment des plots de connexion; placer un isolant entre les deux plaquettes (1, 6) et les assembler; découper les deux plaquettes (1, 6) assemblées autour des circuits intégrés; reporter chaque ensemble ainsi formé sur des plages de contact électrique (8a, 8b) éventuellement portées par un support (9), les plots de connexion (3a, 3b) de l'antenne au-dessus des plages de contact (8a, 8b) et, relier les plots de connexion (3a, 3b) de l'antenne au circuit intégré (7) par l'intermédiaire des plages de contact (8a, 8b).

Description

PROCEDE DE FABRICATION DE MICROMODULES ELECTRONIQUES COMPRENANT UNE ANTENNE ET MICROMODULES OBTENUS PAR LE
PROCEDE .
L'invention concerne un procédé de fabrication de micromodules électroniques comprenant une antenne. Elle s'applique à la réalisation de micromodules électroniques destinés par exemple à réaliser des étiquettes électroniques ou à être insérés dans des dispositifs portables de type carte à puce.
Jusqu'à présent la fabrication de micromodules comprenant une antenne a consisté à placer la puce de circuit intégré comportant l'électronique de fonctionnement ou de pilotage de l'antenne sur un support et à réaliser l'antenne soit directement sur ce support autour du micromodule, soit sur un autre support pour venir se mettre en contact avec des plots de connexion de la puce de circuit intégré. On est donc arrivé jusqu'à présent à des formats de micromodules avec antenne relativement importants du fait de la réalisation de cette antenne autour du micromodule. De façon pratique, lorsque le micromodule est destiné à être encarté, c'est à dire à être mis en place dans un support de type carte à puce, on a jusqu'à présent réalisé l'antenne sur une feuille support au format de carte à puce, cette feuille étant laminée entre les deux feuilles destinées à réaliser le corps de carte à puce . On cherche, de plus en plus, à réaliser des micromodules de taille réduite que ces micromodules soient destinés à être mis en place dans une carte à puce sans contact ou qu' ils soient destinés à réaliser des étiquettes électroniques. C'est dans cet esprit que rentre la présente invention.
Le déposant a cherché à réduire le plus possible la taille d'un micromodule électronique susceptible de fonctionner sans contact. A cette fin, il est proposé un procédé de fabrication des micromodules comprenant au moins une antenne, selon lequel l'antenne est réalisée directement sur un support silicium de manière à utiliser la technologie de fabrication des circuits intégrés, l'antenne se trouvant ainsi sous la forme de circuit intégré .
La présente invention a plus particulièrement pour objet un procédé de réalisation de micromodules électroniques comprenant au moins une antenne, principalement caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : réaliser les circuits électroniques sous la forme de circuits intégrés à partir d'une première plaquette substrat, - réaliser les antennes sur une plaquette substrat, notamment par gravure de pistes conductrices dont les terminaisons forment des plots de connexion, placer un isolant entre les deux plaquettes et les assembler, découper les deux plaquettes assemblées autour des circuits intégrés, reporter chaque ensemble ainsi formé sur des plages de contact électrique éventuellement portées par un support, les plots de connexion de l'antenne au-dessus des plages de contact et, relier les plots de connexion de l'antenne au circuit intégré électronique par l'intermédiaire des plages de contact . Selon un mode préféré de réalisation, la plaquette substrat portant les antennes est une plaquette substrat en matériau semi-conducteur.
Le matériau semi -conducteur est avantageusement du silicium.
Les plots de connexion des antennes sont réalisés par dépôt de matière conductrice pour former des protubérances entrant en contact avec les plages de contact lors du report des puces sur lesdites plages de contact.
De préférence on enrobe l'ensemble d'une résine de protection.
Les plots de connexion du circuit intégré électronique sont reliés aux plages de contact par soudure de fils.
La présente invention a aussi pour objet un micromodule électronique comprenant une antenne principalement caractérisé en ce qu'il comporte :
- au moins un circuit intégré formant l'électronique,
- au moins un circuit intégré formant l'antenne munie de deux plots de connexion, les deux circuits étant placés dos à dos,
- des plages de contact électriques, les dites plages étant en contact avec les plots de connexion d'antenne et étant reliées aux plots de connexion de la puce électronique afin d'établir la connexion électrique entre la puce électronique et le circuit d' antenne . Les plots de connexion d'antenne se présentent sous la forme de protubérances, ces protubérances reposant chacune sur une plage de contact électrique. Les plots de connexion du circuit intégré électronique sont reliés aux plots de l'antenne au moyen de plages de contact par des fils soudés.
Dans le cas où les plages de contact sont placées sur un support, le support est réalisé par une feuille de diélectrique .
L'invention s'applique à la réalisation d'étiquettes électroniques comme on l'a dit précédemment comportant un micromodule tel qu' il vient d'être caractérisé.
L'invention s'applique également à la réalisation de dispositifs portables de type carte à puce comportant un micromodule tel qu'il vient d'être caractérisé .
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront clairement à la lecture de la description qui est faite ci-après et qui est donnée à titre d'exemple îllustratif et non limitatif en regard des dessins sur lesquels : la figure 1, représente une plaquette de silicium sur laquelle on a réalisé des antennes conformément à l'invention, la figure 2, représente une étape du procédé selon un premier mode de réalisation, la plaquette de circuits intégrés vue sur la tranche portant les pistes d'antenne, la figure 3 , représente une étape du procédé selon l'invention, - la figure 4, représente l'étape du procédé selon l'invention aboutissant à la réalisation du micromodule conformément à l'invention, la figure 5, illustre une étiquette électronique , la figure 6, illustre un premier type de dispositif portable.
La figure 7, illustre un deuxième type de dispositif portable.
On dénomme circuits intégrés, les circuits d'antenne réalisés dans le procédé conforme à l'invention, que ces circuits soient réalisés selon un mode préféré de réalisation en utilisant la technique de fabrication de circuits intégrés ou une autre technique dés lors qu' ils présentent des dimensions similaires à celle des circuits intégrés.
On va décrire dans la suite ce mode préféré de réalisation selon lequel les circuits d'antenne sont réalisés sur une plaquette de matériau semi conducteur tel que du silicium.
La figure 1 illustre une plaquette de silicium 1 munie d'une pluralité de circuits intégrés 2. Un circuit intégré 2 comprend une piste conductrice 3 munie d'une ou plusieurs spires et se terminant par des plots de connexion 4a, 4b. Chaque piste 3 forme une antenne .
Ainsi selon un mode préféré de réalisation du procédé de l'invention, une antenne se présente sous la forme d'un circuit intégré 2, obtenu par gravure directe d'une plaquette de silicium selon les technologies classiques de fabrication des circuits intégrés. La réalisation de cette antenne se termine par la mise en place de plots 4a et 4b réalisés par la technique de BUMP, c'est-à-dire de dépôt d'une substance conductrice en terminaison des pistes de manière à former des protubérances. Ces plots sont formés par un alliage de plomb-étain (Pb/Sn) . La réalisation de BUMP est une technique consistant à obtenir une excroissance ou protubérance, couramment utilisée dans la réalisation de circuits intégrés.
La figure 2 montre la plaquette de silicium 1 portant les pistes formant les antennes. Cette plaquette 1 porte la référence 1 et est vue sur la tranche. On montre également sur cette figure un élément intermédiaire 5 permettant d'assembler les deux plaquettes, c'est-à-dire la plaquette 1 à circuit intégré d'antenne et la plaquette 6 que l'on voit sur la figure 3 et qui porte les puces de circuit intégré réalisant l'électronique apte à piloter les signaux d' émission-réception d'antenne.
Cette pièce intermédiaire 5 se présente dans le mode de réalisation préféré sous la forme d'un film adhésif isolant électriquement qui va d'une part donc permettre l'assemblage des plaquettes 1 et 6 et surtout d'apporter une isolation électrique entre les circuits intégrés d'antennes et les puces de circuit intégré de la deuxième plaquette 6.
La figure 3 illustre une étape du procédé consistant en l'assemblage de la plaquette 1 portant les antennes à la plaquette 6 portant les puces électroniques 7. Cet assemblage consiste à fixer dos à dos les plaquettes 1 et 6 par l'intermédiaire de la feuille d' adhésif 5. Ainsi les antennes se trouvent sur une face de l'ensemble formé, alors que les puces électroniques se trouvent sur l'autre face de ce même ensemble .
La superposition des plaquettes est réalisée avantageusement à l'aide de caméras vidéo.
Une autre étape du procédé consiste ensuite à réaliser un découpage des deux plaquettes assemblées selon les lignes pointillées Dl et D2. Ces lignes Dl et D2 sont illustrées sur la figure 3.
Ainsi on obtient une pluralité de modules électroniques susceptibles de fonctionner sans contact qui comprennent chacun au moins deux circuits intégrés dos à dos, un circuit intégré d'antenne et une puce de circuit électronique, avec chacun leurs plots de connexion. Les plots de connexion de l'antenne portent les références 3a, 3b, les plots de connexion de la puce électronique portent les références 7a, 7b.
Cet ensemble est ensuite reporté selon le procédé sur un autre ensemble 10 comprenant des plages de contact 8a, 8b, portées le cas échéant par un substrat support 9. Ce substrat 9 pourra être réalisé par une feuille de diélectrique.
Les plages de contact 8a, 8b permettent de réaliser la liaison entre les deux puces électroniques 2 et 7. En effet, à cette fin, l'ensemble constitué par les deux puces est reporté sur ces plages de contact 8a, 8b, de manière à ce que le plot d'antenne 3a soit plaqué sur la plage 8a et le plot de puce de circuit électronique 7a soit relié par un fil soudé à cette même plage 8a. De la même manière, le plot d'antenne 3b est plaqué contre la plage de contact 8b et le plot de contact de la puce électronique 7b est relié par un fil conducteur soudé à la plage 8b.
La connexion des plots d'antenne peut s'effectuer par refusion des bossages de l'antenne en alliage étain-plomb ou colle anisotrope ou tout autre moyen connu.
Le procédé de fabrication comprend en outre une étape intermédiaire consistant à fixer l'ensemble des deux puces sur le support 9 des plages de contact 8a et 8b. Pour cela, on injecte une goutte de colle 13 sur le support 9 avant le report de l'ensemble des deux puces sur les plages de contact 8a et 8b.
Le procédé pourra se terminer par une étape de protection de l'ensemble ainsi réalisé au moyen d'une résine 11 déposée par tout moyen connu au-dessus du support 9.
Le procédé qui vient d'être décrit permet de réaliser des micromodules ayant le format de circuit intégré et reprenant la technologie de fabrication de ces circuits intégrés . On peut ainsi réaliser des antennes de très petite taille, taille qui correspond à celle de la puce portant l'électronique. L'interconnexion entre l'antenne et le substrat portant les plages de contact qui permet la liaison avec la puce électronique, est réalisée à l'aide des protubérances en alliage de plomb-étain.
L'interconnexion puce-plages de contact est réalisée par une technologie standard de soudure de fil électriquement conducteur ( ire Boundmg en terminologie anglo-saxonne) .
L'interconnexion entre l'antenne et les plages de contact est réalisée en temps masqué avec l'opération de collage des puces sur le substrat support des plages de contact . Le procédé qui vient d'être décrit permet ainsi de réaliser des micromodules qui peuvent comme on l'a déjà dit permettre la réalisation d'étiquettes électroniques de très petite taille. Ces micromodules peuvent également faire l'objet d'insertion dans des dispositifs portables de type carte à puce quelque soit le format de ces dispositifs. Dans ce cas, le micromodule sera protégé par une résine comme cela a été souligné lors de la dernière étape optionnelle du procédé et un moulage sera réalisé autour de cet ensemble, le moulage permettant de former le corps plastique de la carte à puce.
On a illustré ces différentes applications par les schémas des figures 5, 6 et 7. La figure 5 représente le schéma d'une étiquette électronique E comprenant un micromodule M selon
1 ' invention.
La figure 6 représente le schéma d'un dispositif portable Cl de type carte à puce de format réduit selon le standard GSM comprenant un micromodule M selon
1 ' invention.
La figure 7 représente le schéma d'un dispositif portable C2 de type carte à puce de format standard ISO comprenant un micromodule M selon l'invention. Un avantage du procédé est de permettre d'obtenir une puce de circuit intégrée reliée à une antenne avec des puces existantes du marché.
Avantageusement, il permet de relier une puce de circuit intégré à un substrat silicium comportant une antenne. Bien entendu, un substrat en verre ou toute autre matière pourrait être utilisée. Dan ce cas, l'antenne serait par exemple obtenue par gravure ou dépôt .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation de micromodules électroniques comprenant au moins une antenne, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : réaliser les circuits électroniques sous la forme de circuits intégrés (7) à partir d'une première plaquette substrat (6) , réaliser les antennes sur une plaquette substrat (1), notamment par gravure de pistes conductrices dont les terminaisons forment des plots de connexion, placer un isolant entre les deux plaquettes (1, 6) et les assembler, découper les deux plaquettes (1, 6) assemblées autour des circuits intégrés, - reporter chaque ensemble ainsi formé sur des plages de contact électrique (8a, 8b) éventuellement portées par un support (9), les plots de connexion (3a, 3b) de l'antenne au- dessus des plages de contact (8a, 8b) et, - relier les plots de connexion (3a, 3b) de l'antenne au circuit intégré (7) par l'intermédiaire des plages de contact (8a, 8b) .
2. Procédé de fabrication de micromodules selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaquette substrat (1) portant les antennes est une plaquette substrat en matériau semi -conducteur.
3. Procédé de fabrication de micromodules selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau semi -conducteur est du silicium.
4. Procédé de fabrication de micromodules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'assemblage de deux plaquettes (1, 6) est obtenu en utilisant une feuille isolante adhésive (5) .
5. Procédé de fabrication de micromodules selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fixe l'ensemble formé par les deux puces de circuit intégré au support de plages de contact électrique (13) par une goutte de colle.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce les plots de connexion des antennes (3a, 3b) sont réalisés par dépôt de matière conductrice pour former des protubérances entrant en contact avec les plages de contact lors du report des puces sur lesdites plages de contact (8a, 8b) .
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on enrobe l'ensemble d'une résine de protection (11) .
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plots de connexion (7a, 7b) du circuit intégré électronique sont reliés aux plages de contact par soudure de fils.
9. Micromodule électronique comprenant au moins une antenne, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un circuit intégré (7) formant 1 ' électronique ,
- au moins un circuit intégré (2) formant l'antenne munie de deux plots de connexion (3a, 3b), - les deux circuits étant placés dos à dos,
- des plages de contact électriques (8a, 8b) , lesdites plages étant en contact avec les plots de connexion d'antenne (3a, 3b) et étant reliées aux plots de connexion (7a, 7b) de la puce électronique afin d'établir la connexion électrique entre la puce électronique (7) et le circuit d'antenne.
10. Micromodule électronique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les plots de connexion (3a, 3b) d'antenne se présentent sous la forme de protubérances et en ce que ces protubérances reposent chacune sur une plage de contact électrique.
11. Micromodule électronique selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisé en ce que les plots de connexion (7a, 7b) du circuit intégré électronique sont reliés aux plots (3a, 3b) de l'antenne au moyen des plages de contact par des fils soudés .
12. Micromodule selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les plages de contact sont placées sur un support, le support étant constitué par une feuille de diélectrique.
13. Etiquette électronique, caractérisé en ce qu'elle comporte un micromodule selon l'une quelconque des revendications 9 à 12.
14. Dispositif portable de type carte à puce, caractérisé en ce qu'il comporte un micromodule selon l'une quelconque des revendications 9 à 12.
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