Brevet FR2470518A1 — publié le 19810529

TAB.BRD 2470518 L'invention concerne un dispositif de connexion d'usage général, mais plus particulièrement destiné aux systèmes répétitifs, lesquels nécessitent norma- lement un multiplexage entre les organes de commande et les organes commandés. Dans ces systèmes, les con- ducteurs électriques sont répartis sur deux niveaux au moins de support, en raison des croisements entre conducteurs: le dispositif de connexion de multiple- xage selon l'invention apporte l'avantage de n'uti- liser qu'un seul niveau de conducteur. Les systèmes dits répétitifs concernés par l'in- vention sont, à titre d'exemple-,-des dispositifs d'af- fichage par diodes électroluminescentes ou par panneau à plasma, les dispositifs d'écriture par résistances chauffantes ou encore les mémoires complexes compor- tant une partie câblée et des circuits intégrés d'en- trée et de sortie. D'autres exemples peuvent encore être cités comme illustration de l'invention sans pour autant être limitatifs. Les points communs à tous ces dispositifs répé- titifs, sont que, en premier lieu, ils comportent des- éléments commandés de grande taille et rigides -tels que panneaux d'affichage, têtes d'écriture ou de lecture- qui sont réunis par de très nombreux conduc- teurs à des éléments de commande de petites tailles -pastilles de circuits intégrés.le plus souvent-, et que, en second lieu, les conducteurs électriques qui sont distribués en lignes et en colonnes se croisent entre eux et avec les conducteurs électriques communs d'alimentation ou de commande, ce qui nécessite généra- lement une connectique à plusieurs niveaux. 2 - 2470518 On appelle connectique l'art de réunir entre eux les différents composants d'un système électronique, composantsdont les technologies et les fonctions peu- vent être très différentes,allant de la fibre optique jusqu'au système complet. La différence des dimensions entre les éléments commandés et les éléments de commande dans un dispo- sitif du type répétitif intervient dans la difficulté qui existe réellement- à trouver une technologie commune pour effectuer les connexions: à titre d'ex- emple, les circuits imprimés ou les câbles plats mul- tifilaires -appelés également limandes- conviennent pour être reliés et connectés à une tête d'impression ou à un panneau d'affichage, mais ne conviennent pas pour être soudés sur une pastille de circuit intégré, si ce n'est par le moyen d'intermédiaires, qui compli- quent le montage, en augmentent le prix et en diminuent la fiabilité. Par ailleurs, les systèmes de connexions à plu- sieurs niveaux de conducteurs métalliques séparés entre eux par des couches d'isolants, que ce soit des-circuits imprimés multicouches, rigides ou souples, ou que ce soit des substrats céramiques multicouches tels que ceux utilisés en circuits hybrides sont toujours délicats à mettre en oeuvre, par exemple en raison des trous métal- lisés et des prises de contact avec- une couche interne, et leur structure les rend de toute façon coûteux. Le problème des croisements entre conducteurs est à ce point crucial, que dans les catalogues de nombreux fournisseurs de semiconducteurs existent des circuits intégrés de matrices de points de croisement avec déco- deurs d'adresse et mémoires éventuellement. L'utilisation de tels circuits intégrés de points de croisements est tout à fait justifiée dans des maté- riels professionnels tels que l'informatique ou les télé- communications, mais ne l'est plus dans le cas o le D - 2470518 matériel à réaliser est à destination grand public pour deux raisons: le supplément de prix du circuit multicouches économisé est annulé par le supplément de prix du circuit intégré qui le remplace et, du point de vue technologique, un bottier de circuit intégré supplémentaire n'est pas une solution heureuse. Parmi les moyens connus de montage de pastilles nues de circuits intégrés, le procédé TAB (Transfert Automatique sur Bandes ou Tape Automatic Bonding) utilise un support du type des films photographiques, sur lequel est déposé le réseau de conducteurs métalli- ques: toutes les soudures des conducteurs sur-les pas- tilles de circuits intégrés sont effectuées simultané- ment, par soudure collective. La société demanderesse a déposé le 12 Septembre 1977 une demande de brevet français enregistrée sous le numéro 77.27 469 pour un- procédé selon lequel le film en polyester qui sert de support aux conducteurs métalliques soudés sur la ou les pastilles de circuits intégrés dans le procédé de-mon- tage TAB, n'est plus éliminé après l'opération de con- nexion collective; mais est conservé en tant que support souple des pastilles de circuit intégré encapsulées sur place. L'invention part de ce procédé selon lequel un grand nombre de pastilles de circuits intégrés peuvent être supportées sur un film de type photographique et protégées par les boîtiers qui sont rapportés, et com- plète ce procédé d'une part en réalisant les croise- ments de conducteurs à la surface des pastilles de circuits intégrés par une métallisation supplémentaire rapportée sur une couche isolante, d'autre part, en effectuant les multiplexages sur au moins une extré- mité de film TAB,- coupée en biais et soudée sur un second film TAB. L'ensemble du film supportant les pastilles de Circuits intégrés des composants annexes k éventuels, et des connexions métalliques, constitue un circuit hybride souple.directement utilisé pour la connectique. De façon plus précise, l'invention consiste en un procédé de connexion pour le multiplexage de micro- circuits électroniques de commande en liaison bidirec- tionnelle avec des éléments commandés, caractérisé en ce que le moyen de multiplexage est constitué-par un circuit hybride souple à un seul niveau de conducteurs, et en ce que les conducteurs d'alimentation sont dis- tribués d'un premier microcircuit vers d'autres micro- circuits au moyen de métallisations en pont, déposées sur une couche isolante supplémentaire à la surface des microcircuits de commande. L'invention et un certain nombre de ses avantages seront mieux compris par la description qui va en être faite, laquelle s'appuie sur un exemple de tête d'écri- ture pour imprimante, et sur les figures qui l'accom- pagnent, lesquelles représentent: - figure 1, un exemple de connectique selon l'art connu; - figure 2, un exemple de connectique selon l'in- vention; - figure 3, une pastille de circuit intégré'modi- fiée selon l'invention; - figure 4, une-interconnexion de multiplexage selon l'invention. La figure 1 représente-un exemple de connectique selon l'art connu. Dans ce dispositif répétitif, l'élément commandé 1 qui peut être par exemple un panneau à plasma ou une tête de lecture/écriture, est commandé par une élec- tronique de commande montée sur un circuit imprimé 2 pour les éléments en colonne dans le panneau 1 et par un circuit imprimé 3 pour les éléments en ligne du panneau 1. L'électronique de commande des colonnes est reliée à l'élément commandé 1 par un circuit souple 4 tandis que l'électronique de commande des lignes est reliée par un circuit souple 5. Ces deux circuits souples sont connectés sur le panneau par pression mécanique au moyen de barrettes vissées 6 et 7 qui assurent le maintien des -conducteurs portés sur le circuit souple contre les conducteurs correspondants portés par le panneau 1. Les liaisons extérieures des électroniques de commandes 2 et 3 sont assurées par des cartes enfichables ou par des connecteurs 8 et 9. - Cette connectique selon l'art connu a l'inconvé- nient d'occuper un volume assez important-en raison, en particulier, des circuits souples assimilables aux conducteurs plats multifilaires dits limandes et en raison de l'encombrement des circuits imprimés 2 et 3. La figure 2 représente un exemple de connectique selon l'invention. Pour concrétiser l'invention, on a choisi le cas cité à titre d'exemple non limitatif d'une tgte d'impression thermique pour imprimante périphéri- que en informatique. La tête d'impression thermique 10 comporte un grand nombre, de l'ordre du millier, d'éléments chauffants 11l qui sont symboliquement représentés par des résis-- tances. Lorsque ces éléments chauffants sont parcourus par un courant, ils impriment une trace thermique sur le papier. Les éléments chauffants sont commandés par l'in- termédiaire d'une électronique qui actuellement, est très généralement constituée par des circuits intégrés dont les pastilles 12 sont réunies aux éléments chauffants il par des connexions 13. Ces pastilles de circuits intégrés sont montées selon le procédé TAB sur un film souple 14 directement soudé en 15 sur le bord de la barrette chauf- fante de la tête thermique. Le nombre de-soudures qui réunit les conducteurs électriques 13 issus de pastilles de circuits intégrés à autant-d'éléments chauffants il est suffisant pour que le maintien mécanique soit excellent et qu'il ne soit pas utile de recourir à des cadres exercant une pression ou vissés dans la tête d'imprimante 10. Sur le support souple 14, court un certain nombre de connexions électriques qui sont-communes aux diffé- rents circuits intégrés et assurent le multiplexage. A titre d'exemple, citons une connexion 16 qui correspond à la masse commune à tous les circuits intégrés et au retour de courant à travers les résistances 11. Cette bande de connexion comporte une dérivation 17 à hauteur de chaque pastille de circuit intégré pour assurer une masse commune à tous les circuits intégrés. Il y a éga- lement un certain nombre de conducteurs tels que 18 qui correspondent par exemple à l'alimentation des circuits intégrés, à un signal d'horloge, ou encore à un signal de remise à zéro: ces connexions 18 parcourent la sur- face du film 14 et desservent la totalité des pastilles de circuit intégré 12. Il s'ensuit que si plusieurs ban- des de connexions 18 sont réunies à une pastille de cir- cuit intégré et doivent ensuite être réunies à une autre pastille voisine, il y a obligatoirement croisement de conducteurs. Des composants discrets 19, tels que condensateurs de découplage, ou résistances d'équilibrage, peuvent être implantés par dessus des bandes de connexions 18 sans inconvénients. Un premier objet de l'invention est d'éviter à la fois qu'il y-ait croisement de conducteurs sur la surface du film souple 14, ce qui court-circuiterait les signaux électriques, mais également que ce film soit multicouches, ce qui le rendrait plus coûteux. Pour cela, les conne- xions qui desservent une pastille de circuit intégré franchissent les autres connexions avec lesquelles elles ne doivent pas avoir de point commun, au moyen de ponts qui sont réalisés par des conducteurs métalliques disposés à la surface des pastilles de circuits intégrés et qui sont isolés de la partie active du substrat du circuit intégré par une couche d'isolant supplémen- taire intercalée entre le circuit intégré à propre- ment parler et l'interconnexion déposée à sa surface. Le multiplexage, entre plusieurs éléments, par une extrémité biaisée 20 sera exposé ultérieurement. La figure 3 représente une pastille de circuit intégré modifiée pour réaliser la connectique selon l'invention. La pastille 12 de circuit intégré, est réunie aux éléments actifs du dispositif d'affichage ou de lecture par des bandes conductrices 13 qui sont soudées collec- tivement selon le procédé TAB sur les plots de connexion répartis à la surface et sur le bord de la pastille. Parmi les plots de connexion, un certain nominbre corres- pond à des signaux électriques d'entrée dans le circuit intégré c'est-àdire alimentation, masse, horloge, etc, lesquels signaux desservent plusieurs circuits intégrés. Ainsi, sur un c8té de la pastille 12 représentée en figure 3, figure une bande de connexion 17 qui correspond à la masse et l'une des bandes de connexion 18 qui est soudée surunplot de connexion 21 en liaison avec un élément actif du circuit intégré,-par exemple un transistor. Pour éviter qu'une bande de connexion 18 ne croise une bande de connexion 17 à la surface du film souple afin de des- servir les autres circuits intégrés, ce qui amènerait. obligatoirement soit un court-circuit, soit un dédou- blement du circuit c'est-à-dire la réalisation d'un cir- cuit multicouches, le signal électrique 'qui entre par la bande de connexion 18 sur la borne 21 ressort du circuit intégré par une autre borne de connexion 23-à laquelle il est réuni à la surface de la pastille de circuit inté- gré par une métallisation 22. Par conséquent, la bande de connexion 24 soudée sur la borne 23 correspond, bien à la bande de connexion 18 à la quelle elle est réunie par un contact ohmique. Les bandes de connexion en pont, de part et d'autre d'une ou plusieurs connexions centra- les (17) sont réalisées sur une couche isolante préala- blement déposée à la surface du cristal mais qui cepen- dant dégage les bornes de connexions -telles que 21, 23.;.- Ce type de connexion à la surface d'un circuit intégré permet l'alimentation de circuits intégrés dans la mesure o l'intensité qui traverse ces bandes métal- lisSes n'est pas trop importante et dans la mesure o, dans ces conditions, les bornes métallisées ne font pas effet de fusible en cas de surintensité, le cas le plus général avec les circuits intégrés actuels qui consomment peu et pour lesquels les signaux d'horloge ou de remise à zéro sont sous des intensités extrêmement faibles. La connectique qui vient d'être décrite concerne un élément linéaire d'un dispositif complexe lequel peut, dans certains cas, par exemple pour des panneaux d'affi- chage, comporter plusieurs dispositifs voisins les uns des autres. Il importe dans ce cas que les connexions communes telles que alimentation, masse, signal d'hor- loge, signal de remise à zéro et d'autres encore, soient distribuées aux différentes lignes du dispositif complexe: il s'agit donc d'un problème de multiplexage. Dans ce cas, le film 14 qui, sur la figure 2, est un support de connexion pour un dispositif élémentaire, est coupé en biais dans-un angle selon une ligne 20 qui recou- pe les différentes bandes de conducteurs tels que 16 et 18. Un second film souple comparable au premier film 14, et qui porte également sur sa surface des bandes de conduc- teurs métalliques correspondantes aux précédents conduc- teurs tels que 16 et 18, est disposé sous le précédent selon un angle préférentiellement égal à 90 . La distri- bution des tensions de commande: alimentation, masse, horloge etc, se fait soitpar pontage, soit par refusion d'une goutte de soudure à l'intersection entre les connexions portées par le premier film 14 et les connexions portées par le second film souple; le contact électrique est donc établi par les points de soudure. La figure 4 représente un exemple du multiplexage entre plusieurs circuits souples monocouches selon l'invention. On peut considérer que les circuits souples 25, 26 et 27 desservent,-par exemple, chacun une ligne d'un dispositif d'affichage, et que leur ensemble inter- connecté au moyen d'un circuit souple 28 permet de com- mander simultanément plusieurs colonnes de ce disposi- tif d'affichage. Seules ont été représentées sur cette figure les extrémités des circuits souples tels que définis par l'indice 14 sur -la figure 2-. Les circuits intégrés de commande et les organes commandés n'y sont pas représentés. Chacun des circuits souples monocou- ches 25, 26, 27 et 28 supporte un certain nombre de connexions électriques sous forme d'un dépôt métallique généralement en cuivre,- adhérant à la surface du circuit souple. Sur cette figure, les bandes 29, 30, 31 et 32 correspondent à la distribution du même signal électri- que dans différentes lignes ou colonnes du dispositif. Les circuits souples 25, 26 et 27 découpés selon une droite en biais 20 par rapport aux connexions électri- ques sont pressés contre le circuit souple 28: le passage du courant depuis une bande de connexion telle que 29 jusqu'à une bande de connexion telle que 32 qui lui correspond est assuré par une goutte de soudure telle que 33 qui-coule le long du bord découpé emn biais de la bande souple 25. - Les gouttes -de soudure peuvent dans certains cas être remplacées par un pontage au même endroit et entre les mêmes conducteurs électriques;ce pontage étant opéré au moyen des conducteurs eux-mêmes qui se prolongent au-delà du support en matière plastique ou encore au moyen de films plats soudés selon un procédé comparable aux fils qui sont soudés entre les plages de connexion sur les circuits intégrés et les connexions de-sortie de boîtier. L'invention a été décrite en s 'appuyant sur le cas de dispositifs répétitifs tels que les panneaux d'affi- chage, ou des têtes de lecture ou d'écriture, et en sup- posant que l'électronique de commande est à base de cir- cuits intégrés. Cela correspond à l'état actuel de la technique dans ce domaine de l'électronique. Cependant, l'invention s'applique également à tout autre dispo- sitif nécessitant un multiplexage entre des liaisons électriques et n'utilisant pas obligatoirement des cir- cuits intégrés. Le point commun à tous les dispositifs concernés par l'invention est que le circuit hybride souple qui supporte l'électronique de commande est directement soudé sur le moyen commandé sans interpo- sition d'aucun moyen-mécanique de pression ou d'aucun connecteur supplémentaire, et qu'un ensemble de moyens de connexions permet le multiplexage, avec des circuits monôcouches, sans avoir besoin de recourir aux circuits multicouches. - 11. REVENDICATIONS 1. Procédé de connexion pour le multiplexage de microcircuits électroniques de commande en liaison bidi- rectionnelle avec. des éléments commandés, caractérisé en ce que le moyen de multiplexage est constitué par un circuit hybride souple à un seul niveau de conducteurs, et en ce que les conducteurs d'alimentation sont distri- bués d'un premier microcircuit vers d'autres microcir- cuits au moyen de métallisations en pont, déposées sur une couche isolante supplémentaire à.la surface des mi- crocircuits de commande. 2. Procédé de connexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pastilles de microcircuits qui sont utilisées sOnt modifiées en surface par - l'adjonction d'une couche isolante supplémentaire laquelle dégage cependant les bornes de connexion pré- existantes en surface du microcircuit; - l'adjonction de bandes métallisées déposées sur la couche isolante formant pont,-de part et d'autre d'au moins une borne de connexion, entre une borne d'entrée et une borne de sortie. 3. Procédé de connexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ponts métalliques, à la sur- face des microcircuits, sont en liaison ohmique par au moins une borne de connexion, avec les éléments actifs du microcircuit. 4. Procédé de connexion selon ta revendication 2, caractérisé en ce queles ponts métalliques, à la surface des microcircuits, sont isolés des éléments actifs des microcircuits et réunissent entre elles deux bornes de connexion, une d'entrée, l'autre de sortie, isolées. 5. Procédé de connexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les microcircuits de commande sont des circuits intégrés. 6. Procédé de connexion selon ia revendication 1, caractérisé en ce que les éléments commandéssont des résistances chauffantes. 7. Procédé de connexion selon la revendication 1, caractérisé-en ce que les éléments commandés sont des photodiodes. 8. Procédé de connexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments commandés sont des diodes à plasma. 9. Procédé de connexion selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en-vue de former des assemblages d'éléments commandés, avec multiplexage de circuits hybrides souples à un seul niveau de conducteurs, les circuits de distribution sont coupés en biais à l'une de leurs extrémités, posés sur un circuit d'alimenta- tion qui leur est perpendiculaire et les conducteurs métalliques sont réunis, chacun à chacun, au moyen d'une liaison métallique. 10. Tête de lecture-écriture, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un dispositif de connexion selon l'une quelconque des revendications 1 à 9. 11. Panneau d'affichage, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif de connexion selon l'une quelconque des revendications i d 9.