Languette déformable intégrée à un module pour raccordement électrique à coeur
L'invention concerne les raccordements électriques entre un module électronique parfois appelé module, et une interface de communication, notamment pour objet portable intelligent.
Ces objets portables intelligents sont à contact et / ou sans, comme les cartes à puce, les étiquettes électroniques ou analogues.
On entend ici par connexion ou raccordement électrique l'établissement d'une liaison conductrice d'électricité entre deux éléments conducteurs séparés initialement.
Un module électronique est un dispositif électronique qui comporte au moins une puce fixée sur un support et le plus souvent protégée par un isolant. Cette puce est un composant électronique intégré simple ou complexe, c'est-à-dire comportant des éléments passifs tels que par exemple des condensateurs, des résistances, des inductances, comme c'est le cas des circuits logiques à résistance condensateur transistor.
Pour la fabrication des objets portables intelligents, quand la puce est fixée sur son support par sa face principale dite arrière, c'est-à-dire opposée à sa face principale dite active car pourvue des plots de connexion à connecter à l'interface de communication, on parle en anglais de montage en "die attach." En effet, une puce est en général sensiblement parallélépipédique et possède deux faces principales opposées. La face active est recouverte par une couche de passivation, à l'exception des plots de connexion. Une tranche périphérique d'une épaisseur donnée est étendue en élévation perpendiculairement entre ces deux faces principales.
Dans un second montage dit « flip-chip » en anglais, la puce est montée avec sa face active en regard du support.
L'interface de communication comporte les antennes et/ou borniers galvaniques constitués par au moins deux bornes de communication ou par des pistes de liaisons connectées aux bornes de communication et/ou aux extrémités d'antennes. Dans des réalisations, une telle interface comprend une interface sonore, visuelle, tactile ou bio métrique, ou encore des moyens d'alimentation
en énergie électrique. L'interface sert aussi au transfert de données (émission et/ou réception) qu'à l'apporter de l'énergie à la puce. Pour connecter les plots de connexion à une telle interface plusieurs techniques ont été proposées. Par exemple, on connaît le câblage filaire (wire bonding) par soudage de fils, généralement en or, aux plots de connexion d'une part et à l'interface d'autre part. Souvent un enrobage dit "glob top" recouvre la puce et ces fils de connexions pour les protéger. Cette technologie a l'inconvénient d'être coûteuse, difficile à mettre en place et de n'autoriser que des cadences faibles. En outre, le «glob top », augmente l'épaisseur et la rigidité du module.
Une autre connexion fait appel à des composés polymères électriquement conducteurs à la place des fils soudés. Alors, la liaison électrique est réalisée par dépôt de composé polymère conducteur dans des puits situés dans la cavité de la carte. Ces puits donnent accès à l'interface. Le report du module dans la cavité termine le raccordement par collage des amenées du module avec le composé polymère conducteur. Cette connexion est relativement satisfaisante mais présente des inconvénients liés notamment à l'isolation des tranches de puce, à la faible durée de vie du composé polymère basse température, au manque de fiabilité des raccordements ainsi qu'aux faibles cadences et à la complexité des équipements nécessaires à sa mise en oeuvre.
Citons aussi le document DE19916180 Cubit décrit la fabrication de croisements électriquement isolés dans des conducteurs formés de plaques, par un effet de pression sur la couche thermoplastique. Le document DE19621044 G&D décrit un bornier dans une cavité à flancs inclinés, dont des prolongations placées noyées dans une résine sont connectées en flip chip au plots de la puce.
Le document DE29923853 Cubit décrit également la fabrication des croisements de conducteurs électriquement isolés dans des éléments thermoplastiques. Une goutte d'adhésif conducteur est placée entre le contact de bornier et les plages à contacter sur le corps de carte. Des rallonges sont prévues sur le module pour
aller chercher à distance du module le raccordement avec ces plages à contacter sur le corps de carte.
Le document EP0688050 TRT décrit des métallisations contre des parois de cavité. Le document EP0774779 SGS-Thomson décrit un module dont le bornier sert de cadre de surmoulage et comporte un renfoncement en cuvette noyé dans la résine.
Le document EP0813166 Toshiba décrit un module dont le bornier sert de cadre de surmoulage et comporte un renfoncement en cuvette noyé dans la résine, avec des montage par wire bonding ou en flip chip.
Le document EP0843358 Sempac décrit aussi un module dont le bornier sert de cadre de surmoulage et comporte un renfoncement en cuvette noyé dans la résine, avec des montage par wire bonding ou en flip chip. Le document US5367253 Micron décrit un support à agrafage pour le test de composants semi-conducteurs. Des barres de test viennent en contact élastique seulement lors de la vérification du composant.
Le document US6060332 Gemplus décrit un dispositif hybride à contact affleurant et de production de signaux acoustiques. Le dispositif hybride se présente sous la forme d'une carte de faible épaisseur, apte à fonctionner comme une carte à puce à contact affleurant et/ou à produire des signaux acoustiques transmissibles par voie téléphonique. Le dispositif comprend une première feuille constituant la surface arrière supportant un motif d'interconnexion réservé à la fixation de composants électroniques et comportant une perforation apte à recevoir un module double face. Une deuxième feuille constitue la surface avant. Un intercalaire est placé entre les deux feuilles. L'intercalaire comporte des évidements aptes à encadrer les composants électroniques fixés sur la face arrière. Des métallisations permettent de réaliser une liaison électrique d'une part avec le module et d'autre part avec le motif d'interconnexion de la surface arrière. Citons enfin les documents WO0072253 et WO0072254 Gemplus, qui décrivent des borniers en cuvette.
L'invention vise à remédier aux inconvénients des connexions électriques connues.
A cet effet, l'invention a pour objets un procédé, un raccordement et un objet portable intelligent tel que carte à puce et un équipement, définis dans les revendications.
D'autres caractéristiques de l'invention apparaissent dans la description détaillée et ses dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de côté d'un rouleau de feuillard métallique destiné à former une interface de connexion selon l'invention ; - la figure 2 est une vue de côté illustrant l'opération formage de ce feuillard ;
- la figure 3 est une vue de dessus du feuillard ainsi préformé ;
- la figure 4 est une vue de côté illustrant la réalisation d'un module dans lequel la puce est montée avec sa face passive contre le support et les plots de connexion de la face active débouchant à l'opposé du support selon l'invention ;
- la figure 5 est une vue de côté d'un support prêt à la réception d'un module tel que celui de la figure 4 ;
- la figure 6 illustre la mise en place dans le support de la figure 5 d'un module selon un premier mode de réalisation ; - la figure 7 est similaire à la figure 6 avec un module selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 8 est similaire aux figures 6 et 7 avec un module selon un troisième mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 9 est une vue de côté illustrant la réalisation d'un module dans lequel la puce est montée en « flip chip » selon l'invention ;
- la figure 10 illustre la mise en place dans le support de la figure 5 d'un module de la figure 9 selon l'invention ;
- la figure 11 est similaire à la figure 10 avec un module selon un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 12 est similaire aux figures 10 et 11 avec un module selon encore un autre mode de réalisation de l'invention ; et
- la figure 13 illustre une installation pour la mise en ouvre du procédé selon l'invention.
Sur la figure 1, un rouleau 1 de feuillard métallique 2, par un exemple un feuillard de cuivre d'une épaisseur de l'ordre de quelques centièmes de millimètres est prévu pour former un organe de raccordement mâle selon l'invention.
Bien évidemment, ce raccordement mâle peut être réalisé à partir d'une autre feuille qu'un feuillard métallique, par exemple à partir d'un substrat en matière plastique recouvert d'une fine couche d'un matériau métallique. Selon une autre variante, la feuille peut être complexée avec un film plastique et gravé pour former un substrat.
Des découpes 3 dans la bordure du feuillard 2 (figure 3) permettent le déroulement du feuillard 2 par intermittence à l'aide de doigts d'entraînement non représentés. Le feuillard 2 passe entre une matrice 4 et des poinçons 5.
La matrice 4 comporte des rainures longitudinales 6 à sections triangulaires disposées en vis à vis des poinçons 5 dont la partie active en vis à vis des rainures 6 à une forme triangulaire complémentaire de ces rainures.
Des couteaux non représentés mobiles en synchronisme avec les poinçons 5 permettent de former dans le feuillard 2 toute découpe 7 nécessaire à la réalisation de l'organe de raccordement mâle 9.
La figure montre de dessus le feuillard 2 après son formage réalisé tel qu'à la figure 2.
Des découpes 7 non pas été représentées sur cette figure. Sur la figure 3, les organes de raccordement mâle 9 comprennent une partie plane 8P prolongée d'une partie formant saillie 8 par rapport aux modules selon le sens d'épaisseur/profondeur desdits modules.
La partie saillie 8 est à section triangulaire formée par la matrice 4 et les poinçons 5. Sur la figure 4, l'organe de raccordement mâle 9 est obtenu selon le procédé en référence aux figures 1 à 3 après découpe du feuillard 2.
L'organe de raccordement mâle 9 est disposé sur un substrat 10 auquel il est fixé par un film adhésif 11.
Une puce 12 est fixée sur l'organe de raccordement à l'aide d'une colle ou d'un film adhésif non représenté sur une partie plane 8P entre deux parties formant saillie 8.
Sur la figure 4, la puce 12 est montée avec sa face passive FP disposée contre le support de la puce (ici formé par l'organe de raccordement) et les plots de connexion 14 de la face active FA débouchent à l'opposé du support. Des fils de connexion ou un polymère électriquement conducteur sont alors disposés pour relier les plots de connexion 14 de la puce 12 aux différentes parties mâles de l'organe de raccordement 9.
Enfin une goutte 15 de résine est déposée sur la puce 12 et les connexions 13 de manière à les enrober selon la technique connue sous le nom de "Glob-Top" La résine 15 est avantageusement confinée entre les deux parties formant saillies 8 avant durcissement.
On obtient ainsi un module tel que représenté en 16, 17 et 18 respectivement sur les figures 6, 7 et 8.
La figure 5 est une vue partielle en coupe d'une interface de communication par exemple d'une carte à puce 19.
Cette carte porte de façon connue un corps possédant un logement 20 pour le module et, au fond de ce logement au moins une borne de communication 21 à une interface de communication telle qu'une antenne et/ou un bornier galvanique. Le corps de la carte 19 est réalisé de façon connue par moulage ou laminage.
Comme montré à la figure 6, le module 16 est engagé dans le logement 20 avec la puce 12 et les parties formant saillie 8 dirigées vers le corps de la carte
19.
Lorsque le module 16 est en place dans le logement 20, les sommets des parties formant saillie 8 viennent en contact avec les bornes de communication
21 assurant ainsi un contact électrique de grande fiabilité.
Grâce à la partie faisant saillie, l'assemblage est réalisé de manière flexible.
De plus, en raison de la partie faisant saillie, un jeu est possible entre le logement (cavité) du corps de la carte et les parties faisant saillie.
Ainsi, il n'est pas nécessaire d'assurer un usinage parfait des cavités 20 de corps de la carte ce qui engendre un gain en terme d'usinage du corps de carte.
Dans le mode de réalisation de la figure 7, le module 17 diffère du module 16 de la figure 6 en ce qu'un film adhésif 11" de type conducteur recouvre les arêtes faisant saillie 8. A la figure 8, les arêtes des parties faisant saillie 8' ont été découpées.
Cette coupe peut avoir lieu avant l'assemblage de l'interface de communication et du module par exemple par l'intermédiaire d'un moyen formant érasage des parties faisant saillie.
La découpe des arêtes permet d'assurer une meilleure souplesse en ce qui concerne l'assemblage du module dans le corps de la carte.
Sur la figure 9, la puce 12 est montée selon la technologie dite « flip- chip » dans laquelle les plots de connexion 14 sont disposés en regard de l'organe de raccordement 9 selon l'invention.
Une goutte 15R de résine est déposée sur la puce 12 de manière à remplir par capillarité l'interstice situé entre les plots de connexion 14 et la partie plane 8P de l'organe de raccordement 9.
La résine 15R est avantageusement confinée entre les deux parties formant saillies 8 avant durcissement. Une telle résine, appelé "underfill" en anglais, assure les fonctions mécaniques d'équilibrage de contraintes. Par exemple, la résine 15 R est de l'époxy.
On obtient ainsi un module tel que représenté en 16R, 17R et 18R respectivement sur les figures 10, 11 et 12.
Comme montré à la figure 10, le module 16R est engagé dans le logement 20 avec la face passive FP de la puce 12 et les parties formant saillie 8 dirigées vers le corps de la carte 19.
Lorsque le module 16R est en place dans le logement 20, les sommets des parties formant saillie 8 viennent en contact avec les bornes de communication
21 assurant ainsi un contact électrique de grande fiabilité comme décrit sur la figure 6. Sur la figure 11, le module 17R diffère du module 16R de la figure 10 en ce qu'un film adhésif 11' de type conducteur recouvre les arêtes faisant saillie 8.
Sur la figure 12, les arêtes des parties faisant saillie 8' ont été découpées, comme sur la figure 8.
On voit à la figure 13, une installation 22 permettant la mise en ouvre du procédé décrit ci-dessus.
De gauche à droite sur la figure 13, on voit la bobine 1 à partir de laquelle est déroulé le feuillard 2.
Ce feuillard 2 traverse un poste de formage 23 conforme à ce qui a été décrit sur la figure 2. Les organes de raccordement 9 sont issus de ce poste 23.
Les organes de raccordement 9 ainsi que les éléments 10 à 15 illustrés à la figure 4 (ou à la figure 9) sont assemblés dans un poste 24 de réalisation des modules.
Des modules 25 du type par exemple des modules 16, 17 ou 18 sont issus du poste 24.
Un poste 26 schématise globalement à la figure 12 l'installation de fabrication des corps de carte 19.
Enfin, un poste d'assemblage 27 des corps de carte 19 avec les modules conduit à la réalisation d'objet portable intelligent 28 tel que des cartes à puces. L'invention a l'avantage de réaliser un organe de raccordement mâle situé au cœur du corps de la carte par encartage d'une métallisation préformée.
Notons que l'élasticité des matériaux utilisée assure un contact électrique de grande fiabilité.
Dans la variante où les arêtes des parties faisant saillie sont tronçonnées, on obtient encore une souplesse plus élevée de l'assemblage.