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WO 2011/015732 PCT/FR2010/000565
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 m de côté et les plages de contact, au nombre de
deux, se présentent elles-mêmes sous une forme
généralement carré, de 80 m 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
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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
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de mise en oeuvre délicate et présente certains
inconvénients. Ainsi que cela est montré à la figure lA,
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
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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
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
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
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
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.
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
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
connexion élargies ;
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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
5 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.
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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 dl 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
M0283 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
puce 1 de l'objet portatif 2 selon l'invention est munie,
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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-l, 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-l,
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
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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 gm.
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,
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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
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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
5 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
10 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 m
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
m 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
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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
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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.
