Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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PROCÉDÉ D'ASSEMBLAGE EN CONTINU DE BANDES ä MOTIFS ET
MICROMODULE DE CIRCUIT INTEGRE OBTENU PAR LEDIT PROCÉDÉ
La présente invention concerne un micromodule de circuit
intégré obtenu par un procédé d'assemblage en continu de
bandes â motifs .
Elle s'applique notamment à des micromodules en circuit
intégré, entrant dans la fabrication des cartes plates
portables dites "cartes à puces". Dans ces cartes, les
micromodules sont formés par un ensemble d'éléments composé:
d'une puce en circuit intégrê, de contacts métalliques
servant de connexion du micromodule avec des dispositifs
extérieurs, de fils de liaison pour relier la puce aux
contacts métalliques et d'une protection formée d'une résine
recouvrant la puce, les fils de liaison, et, partiellement
les contacts métalliques.
Pour fabriquer un micromodule et l'incorporer ensuite à
une carte, un premier procédé connu consiste â reporter la
puce sur une bande métallique prédécoupée en forme de grille
de conducteur, à souder la puce sur une plage de cette grille
où elle est reliée par des fils soudés à d'autres plages de
la grille, à enrober la puce et les fils par une goutte de
résine de protection de type époxy ou silicone en laissant
les conducteurs de la grille partiellement dénudés, à
découper la bande métallique en micromodules individuels
comprenant chacun une puce enrobée et des contacts extérieurs
dénudés et à coller le micromodule dans une cavité
superficielle d'une carte en matière plastique, de telle
sorte que, des portions de grilles non enrobées de résine
affleurent et constituent le connecteur extérieur de la
carte.
Selon un deuxième procédé également connu, la bande
métallique prédécoupée de départ est remplacée par une bande
diélectrique métallisée gravée selon un motif de connexion à
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déterminer. La bande diélectrique forme dans ce cas le
support principal de la puce. Les connexions ont une très
faible épaisseur et sont obtenues par pré-dépôt d'une couche
métallique sur la bande plastique de photogravure de cette
couche métallique. La puce est reliée par des fils soudés à
des plages de la couche métallisée.
Ces procédés présentent un certain nombre
d'inconvénients. Dans le cas d'utilisation d'une bande
métallique prédécoupée, la résine d'encapsulation du
micromodule adhère mal sur les conducteurs de la grille, ceci
d'autant plus que pratiquement la résine se situe d'un seul
côté de la bande, l'autre étant réservé pour laisser les
conducteurs accessibles pour servir de connecteurs. I1 en
résulte un problème de fiabilité difficilement soluble, causé
principalement par le passage d'humidité entre la résine et
les conducteurs.
Dans le cas de l'utilisation d'une bande diélectrique
métallisée et photogravée, il faut nécessairement que la
bande soit constituée de matière suffisamment rigide et ait
une bonne tenue à la température pour ne pas se gondoler
lorsque la température s'élève, ce qui impose que la
définition du motif de conducteur ne soit exécutée que par
photogravure sur la bande diélectrique et rend ce deuxième
procédé beaucoup plus coûteux qu'un découpage mécanique, par
exemple.
Un troisième procédé est connu par la demande de brevet
européen publiée sous le n° 0 296 511 déposée sous le
n° 88 1097430 le 18 juin 1988.
Cette demande de brevet concerne un procédé de
fabrication d'un ruban destiné à fournir des modules pour
équiper des cartes électroniques appelées aussi "smart
cards". Cependant la solution proposée dans cette demande
n'est pas satisfaisante.
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En effet, selon ce procédé, on se munit d'une bande
métallique dont l'épaisseur est typiquement de 75
micromètres, mais qui peut varier entre 50 et 150
micromètres. Cette bande est pourvue de perforations
permettant son entrainement et d'ouvertures obtenues par
étampage, délimitant les réseaux de conducteurs des circuits.
On se munit également d'un ensemble de feuilles isolantes de
125 micromètres d'épaisseur portant sur une face une matière
thermoplastique ou thermodurcissable pour un collage à chaud.
Les feuilles comportent un ensemble de trous dont la
disposition correspond à l'emplacement des connexions et un
trou central pour l'emplacement du circuit.
Les feuilles sont collées sur la bande métallique par
chauffage. Le chauffage provoque un certain retrait du
matériau isolant rendant difficile l'utilisation de feuilles
plus grandes surtout dans le sens longitudinal. Avec un
collage à froid le problème ne se poserait pas, en revanche
l'adhérence sur le métal est mauvaise.
D'autre part, il est impératif de réaliser une
perforation dans chaque feuille d'isolant à l'emplacement
réservé pour le circuit afin d'y loger le circuit et de
rentrer ainsi dans les tolérances exigées sur l'épaisseur
pour la fabrication des cartes à puces.
On peut citer également comme état de la technique le
document GB 2021796 A qui décrit un dispositif d'assemblage
d'une bande isolante adhésive sur une bande conductrice. Dans
le dispositif décrit, le réglage de la tension ne se fait que
sur la bande isolante en modifiant la vitesse de rotation des
roues entre lesquelles passe cette bande. Un tel dispositif
ne permet pas l'emploi de bandes isolantes très fines de 30 à
50 micromètres comme le permet l'invention.
Le collage d'une puce de circuit intégré peut par
conséquent avoir lieu entre la bande diélectrique mince, la
formation des connexions électriques à la puce s'effectuant
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alors à travers des découpes de la bande diélectrique. De
toutes les façons l'épaisseur globale du micromodule est
ainsi considérablement réduite dans un rapport décisif qui
donne la possibilité de fabriquer des cartes à puces très
plates.
Dans le cas où la puce est collée sur la bande
diélectrique au lieu d'être collée sur la surface métallique,
on a un facteur de sécurité supplémentaire, car le
diélectrique mince placé sous la puce peut jouer alors un
rôle de tampon élastique évitant d'éventuelles
détériorations.
La présente invention a donc pour objet un micromodule
comprenant une grille métallique découpée collée contre une
bande diélectrique perforée d'épaisseur inférieure à environ
70 micromètres, avec une puce collée sur la bande
diélectrique ou sur la grille métallique et connectée à la
grille métallique à travers des perforations de la bande
diélectrique.
De préférence, la bande diélectrique recouvrant la
grille constitue un diélectrique d'une antenne
électromagnétique dont la grille découpée constitue une
partie active.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en
regard des dessins annexés qui représentent:
- la figure 1, une vue de dessus d'une bande métallique
prédécoupée selon l'invention,
- la figure 2, une vue de dessus d'une bande
diélectrique perforée selon l'invention, destinée à ëtre
collée sur la bande métallique de la figure l,
- la figure 3, une vue montrant la juxtaposition des
deux bandes en cours de collage,
- la figure 4, le micromodule selon l'invention, à un
stade intermédiaire de fabrication,
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- la figure 5, un micromodule selon l'invention à un
stade final de fabrication,
- la figure 6, un micromodule constituant une antenne
émission/réception,
- la figure 7, un micromodule constituant une étiquette
d'identification.
La bande métallique prédécoupée 1 qui est représentée à
la figure 1, est formée d'une bande de cuivre ou de cuivre
étamé d'épaisseur d'environ 35 à 70 micromètres. Sa largeur
est définie pour correspondre â la largeur de connexion
finale à réaliser et peut être de l'ordre de 1 cm à quelques
centimètres selon le cas. Elle comporte un découpage d'un
motif répétitif 2 réalisé éventuellement par matriçage
définissant les contacts séparés 3 qui servent de broche de
connexion entre l'intérieur et l'extérieur du micromodule à
assembler sur le ruban.
Dans la représentation de la figure 1 qui est donnée à
titre d'exemple, le motif 2 est celui qui permet la connexion
d'un micromodule pour carte â puce plate, les contacts
représentés étant au nombre de huit. Les huit contacts
séparés 3 sont visibles à l'intérieur d'une ligne fermée 4.
Ceux-ci sont séparés par des lignes de découpe 5 des motifs
2. A l'extérieur de la ligne 4, les contacts sont réunis pour
assurer la continuité de la bande d'un micromodule â un
autre.
La bande 1 comporte des perforations régulières 6
réparties le long des bords longitudinaux de la bande sur un
côté ou sur les deux côtés de celle-ci. Ces perforations
servent à l'entraînement de la bande par un système à roue
dentée d'un dispositif d'assemblage en continu.
La bande métallique découpée forme le support principal
des puces gui constituent le coeur des micromodules. Cette
bande est recouverte d'une bande diélectrique du type de
celle représentée à la figure 2 comportant des perforations
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prédécoupées (P1-PB) destinées à venir en regard des plages
conductrices 3 du motif de conducteur découpé dans la bande
métallique 1. Un trou d'indexation (I) sert de repère et
permet le positionnement précis des perforations (P1-Pe) en
face des plages conductrices 3 lors du procédé de fabrication
en continu.
Comme l'indique la figure 3, le trou d'indexation est
situé, lorsque l'opération de collage est terminée, à
l'intersection de deux axes de collage respectivement
horizontal X et vertical Y formés par les lignes de découpe.
Ce positionnement est réalisé par un dispositif d'assemblage
de bande.
En principe, la bande diélectrique sera plus étroite que
la bande métallique, elle ne comportera pas de découpes
latérales périodiques permettant un entraînement par roues
dentées, et elle sera d'ailleurs en général trop mince pour
permettre un entraînement par roue dentée. Lors du collage de
la bande diélectrique contre la bande métallique, les
découpes permettant l'entraînement de la bande métallique ne
seront pas recouvertes par la bande diélectrique grâce à la
largeur inférieure de celle-ci.
Les autres opérations de fabrication peuvent être
classiques, par exemple: dépôt d'une goutte de résine pour
enrober la puce et les connexions de liaison avec la puce, du
côté de la bande diélectrique mais pas du côté de la bande
métallique; et éventuellement arasage de la goutte à une
hauteur prédéterminée; séparation du micromodule d'avec le
reste de la bande, le micromodule est alors prêt à être
inséré dans une cavité d'une carte plastique.
On remarque en outre que par ce procédé ce n'est plus la
bande diélectrique qui sert à entraîner l'ensemble lors de la
fabrication en chaîne de micromodules à partir d'une bande
continue, comme cela a pu être le cas dans des techniques
antérieures lorsqu'une bande diélectrique était prévue.
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L'épaisseur de la bande diélectrique est beaucoup plus faible
que dans l'art antérieur, 30 à 50 micromètres au lieu de 10U
à 200 micromètres par exemple. Cela est très important car
l'épaisseur globale du micromodule est un facteur décisif
pour la possibilité de faire des cartes à puces très plates.
D'autre part, compte tenu de cette très faible
épaisseur, la puce peut être collée sur la bande diélectrique
ou sur la bande métallique. Les cas dans lesquels il n'est
pas nécessaire de prévoir un contact de face arrière pour la
puce sont en effet fréquents en technologie CMOS. Lorsque des
contraintes mécaniques s'exercent sur la carte, le
diélectrique mince placé sous la carte joue le rôle de tampon
élastique, ce qui dans certains cas permet d'éviter que la
puce ne se détériore.
Lors de la fabrication, la faible épaisseur de la bande
diélectrique facilite un collage très efficace des deux
bandes l'une contre l'autre, sans risque de décollement lors
du traitement ultérieur.
Enfin, un autre avantage de l'invention est que le
collage de la puce sur le diélectrique permet de prévoir une
seule chaîne de fabrication de micromodules quelle que soit
la dimension de la puce à encapsuler, et cela à partir d'un
seul modèle de bande métallique prédécoupée, à la seule
condition de prévoir un outil de découpe modifiable ou
amovible pour la formation des découpes dans la bande
diélectrique; en effet, la puce est isolée de la grille
métallique, et seul l'emplacement des perforations dans le
diélectrique définit la position des connexions entre la puce
et la grille; pour une puce de plus grande taille, on placera
les perforations plus éloignées du centre de la puce; pour
une puce plus petite, on rapprochera les perforations du
centre; il suffit bien entendu que les perforations restent
au-dessus des plages métalliques qui conviennent, mais ces
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plages peuvent être assez larges dans le cas de micromodules
à faible nombre de contacts extérieurs (6 ou 8 par exemple).
Le micromodule selon l'invention comporte une grille
métallique découpée collée contre la bande diélectrique
perforée très mince (épaisseur de préférence inférieure à 50
micromètres, plus généralement entre environ 30 et 70
micromètres), avec une puce 100 collée soit sur la bande
métallique, soit sur la bande diélectrique et connectée, par
l'intermédiaire de fils 103, à la bande métallique à travers
les perforations de la bande diélectrique.
La figure 4 représente la bande composite portant une
puce à ce stade de fabrication.
La puce 100 est ensuite enrobée d'un isolant de
protection 101 de préférence une résine époxy ou une résine
aux silicones que l'on peut déposer en goutte au-dessus de la
puce ( f figure 5 ) .
On notera contrairement â ce qui se passe dans la
technique utilisant une bande métallique découpée sans
diélectrique, que la résine ne peut pas couler entre les
conducteurs 3, c'est-à-dire dans les découpes 102 de la bande
métallique puisqu'en principe toutes ces découpes 102 sont
recouvertes par la bande diélectrique, au moins dans la
partie qui constituera le micromodule après découpe de la
bande.
Les contraintes mécaniques sur la puce sont
particulièrement faibles, pendant et après la fabrication, du
fait de l'interposition entre le métal et la puce d'une
faible épaisseur de polyamide qui se comporte comme un tampon
de matière élastique. Cela est important lorsque le
micromodule est incorporé à une carte à puce plate car ces
cartes sont sujettes à des contraintes de torsion et flexion
très importantes.
Étant donné que l'on peut se contenter d'une très faible
épaisseur de diélectrique, la hauteur du micromodule reste
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limitée à une valeur acceptable malgré le fait que la puce
repose sur le diélectrique. A titre indicatif, la puce peut
avoir une épaisseur de 250 micromètres environ et les bandes
et 11 une épaisseur de 50 micromètres chacune.
La résine d'encapsulation adhère sur une surface
diélectrique, ce qui est meilleur que sur une surface
métallique. I1 n'y a pas de risque de pénétration d'humidité
jusqu'à la puce qui est entourée de résine partout où elle ne
touche pas la bande diélectrique.
10 Lorsque le micromodule est terminé (figure 5),
éventuellement après arasage de la résine à une hauteur
maximale désirée, on le sépare du reste de la bande par une
découpe mécanique selon la ligne 4 des figures 1 et 2. S' il
s'agit d'un micromodule pour carte à puce dont le connecteur
est constitué par la face accessible des conducteurs 3, on
place le micromodule dans une cavité de la carte à puce, la
face portant la puce étant tournée vers le fond de la cavité
et les conducteurs restant accessibles à la partie
supérieure.
Dans un perfectionnement de l'invention cf. figure 6,
tout particulièrement intéressant dans le cas de cartes à
puces fonctionnant en hyperfréquences et destinées à recevoir
et/ou émettre un rayonnement électromagnétique, on peut
prévoir que la bande diélectrique 11 constitue le
diélectrique d'une antenne rayonnante, dont la grille
découpée 10, constitue une partie active. L'antenne est de
type microstrip, constituée par exemple à partir de
conducteurs découpés dans la bande métallique et qui servent
d'antenne au lieu de servir de connecteurs; un plan de masse
électrique peut alors être prévu de l'autre côté du
diélectrique; ce plan de masse peut être réalisé soit à
l'aide d'une deuxième bande métallique 10 découpée
mécaniquement et collée contre la face supérieure de la bande
diélectrique 11 avant mise en place des puces, soit à l'aide
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d'une métallisation photogravée sur la face supérieure du
diélectrique. Inversement, on peut prévoir que le plan de
masse est au-dessous (formé dans la bande mêtallique 10) et
l'antenne microstrip au-dessus (formée dans la métallisation
d'une bande diélectrique 11 métallisée, ou formée dans une
deuxième bande métallique collée du côté de la puce).
Selon une variante de réalisation, le micromodule peut
constituer une étiquette d'identification. Pour cela, la
grille 10 forme une inductance. La puce 100 peut être placée
sur une zone métallique et être connectée aux deux extrémités
de l'inductance 90. Avantageusement, on prendra un
diélectrique peu onéreux comme par exemple du carton. Un tel
micromodule est représenté sur la figure 7 et constitue une
étiquette d'identification à bas coût.
Bien que des réalisations de l'invention aient été
illustrées dans les dessins ci-joints et décrites ci-dessus,
il apparaîtra évident pour les personnes versées dans l'art
que des changements et des modifications peuvent être
apportés à ces réalisations sans s'écarter de l'essence de
l'invention. Toutes modifications semblables ou variantes
sont considérées comme étant â l'intérieur de la portée de
l'invention telle que définie par les revendications ci-
jointes.
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