Brevet FR2511544A1 — publié le 19830218

Module électronique Pour carte de transactions automatiques et carte Gquipée d'un-tel module. La présente invention a pour objet un module électronique notamment pour cartes de transactions automatiques, telles que des cartes de crédit, cartes de transactions bancaires, cartes de paiement de prestations diverses,par exemple pour frais de parc automobile, appels téléphoniques, etc. On voit se répandre depuis quelques années les applications de telles cartes que l'on désignera ci-après, d'une manière générale, cartes de transactions automatiques Elles sont des- tinées à commander ou autoriser le fonctionnement d'un dispo- sitif d'exploitation dans lequel elles sont introduites en vue de rendre au porteur de la carte un service ou d'accomplir toute autre opération mettant en jeu des informations électro- niques portées par cette carte. Ces cartes qui ont d'abord vu le jour sous la forme de cartes de crédit ont un format portefeuille standardisé, en longueur, largeur et épaisseur En outre, elles doivent répondre à des conditions de flexibilité prédéterminées. A l'origine, ces cartes comportaient simplement une identifi- cation de leur objet, par exemple, carte de crédit au nom de telle Compagnie, et du porteur avec son adresse, ces der- nières informations étant imprimées, par exemple par embossage de façon à pouvoir être facilement reproduites, et une capa- cité de mémoire électronique essentiellement sous la forme d'une ou plusieurs pistes magnétiques. Plus récemment, on a vu apparaître des cartes qui, à la place, ou en plus de mémoires à pistes magnétiques, comprennent un module électronique capable, non seulement de mémoriser des quantités d'informations importantes mais également, de par- ticiper à l'inscription, à la lecture et au traitement de ces informations. Ces modules électroniques sont mieux adaptés que les pistes magnétiques pour combattre des tentatives de fraude Ils mettent en oeuvre des circuits intégrés dans des pastilles de semi-conducteurs, en général appelées puces dont les dimen- sions sont très réduites. Toutefois, la nécessité de connecter ces circuits intégrés à des dispositifs d'exploitation externes à la carte impli- que leur raccordement à des plots d'accès de dimensions suffi- samment gàranès pour permettre aux broches d'un appareil d'ex- ploitation d'établir un contact électrique fiable avec ces plots Pour cette raison, les modules électroniques actuel- lement disponibles sur le marché ou proposés pour équiper des cartes de transactions automatiques ont des dimensions encore trop importantes, soit en épaisseur, pour se loger à l'intérieur d'une carte de matière plastique standardisée sans Provxquer de surépaisseur, soit dans le plan de la carte pour éviter d'introduire une zone de rigidité inadmissible et satisfaire ainsi aux tests de flexi- bilité de ces cartes. Enfin, la dimension de ces modules avec leurs plots de conne- xion est encore telle qu'il peut s'avérer difficile de leur réserver un espace suffisant dans des cartes normalisées, compte tenu des espaces déjà prévus pour les autres formes d'enregistrement de données, que ces dernières soient magné- tiques ou photographiques, ou consistent en inscriptions telles que signature, caractères d'impression en relief, identification de la carte et, éventuellement, indications de certaines conditions d'utilisation. L'invention vise un module électronique propre à répondre aux diverses conditions précédemment énumérées, notamment pour permettre son utilisation dans une carte de transactions automatiques standardisée. Elle est notamment caractérisée selon un de ses aspects,par la formation des interconnexions entre des plots d'accès à l'extérieur de la carte et des plots de raccordement aux bor- nes d'un ou plusieurs micro-circuits électroniques dans le module,sur une plaquette support en céramique mince et plat logée dans la carte De préférence, ces interconnexions sont réa- lisées par croissance à partir de la base de céramique de couches conductri ces séparées par des couches isolantes pour former des liaisons électriques sur plusieurs niveaux selon la technologie connue sous le nom de couches épaisses Elles font donc partie d'une superstructure sur une des faces de la plaquette de céra- mique, au sommet de laquelle apparaissent les plots d'accès à la carte. On parvient ainsi à réaliser des interconnexions relativement complexes dans une épaisseur très faible, largement compati- ble avec l'intégration du module équipé de cette plaquette de céramique à l'intérieur d'une fenêtre dans la carte de matière plastique et à son maintien à l'intérieur de celle-ci sans provoquer de surépaisseur. De telles plaquettes de céramiques présentent l'intérêt de -e prêter à la fabrication en très grande série de structures d' inter- connexion multicouches, grâce à des techniques de fabrication par répétition (repeat) dans lesquelles chaque étape de la constitution du circuit d'interconnexion est reproduite simul- tanément à un très grand nombre d'exemplaires sur une plaque de céramique de grande dimension pour former plu- sieurs dizaines, voire centaines de circuits juxtaposés qui sont ultérieurement découpés. La technologie de fabrication en couches épaisses sur une structure céramique, permet d'obtenir des superstructures d'interconnexion complexes sur une superficie réduite, ce qui aboutit à une double conséquence: il est possible de produire un très grand nombre de tels circuits juxtaposés sur une plaque de céramique de dimension donnée, ce qui est favorable à un coût de production faible; on parvient en outre à minimiser la surface totale d'un module constitué par l'association d'une ou plusieurs puces du circuit intégré et d'une structure d'interconnexion de façon à diminuer la surface du module Ceci présente des avantages tant sur le plan du respect des normes de flexibilité imposées pour les cartes, que sur la possibilité de loger le module dans une zone de la carte o il n'interfère pas avec des inscriptions ou d'autres parties-fonctionnelles. Enfin, les plaquettes de céramique constituent un support rigide capable de supporter des efforts de pression impor L tants qui peuvent être exercés par des broches de contact ame- nées en appui direct contre les plots d'accès externe du mo- dule, permettant ainsi une bonne qualité-de contact électri- que sans risque de déformation du module et de la carte à l'intérieur duquel il est logé. Conformément à un autre aspect de l'invention, on prévoit d'utiliser une plaquette support, de préférence en céramique, pour former l'armature d'un module électronique en ménageant à l'intérieur de cette plaquette, au moins une fenêtre dans laquelle est montée une puce de circuit intégré sur une pas- tille de semi-conducteur dont l'épaisseur est sensiblement égale ou inférieure à celle de la plaquette -support Cette plaquette porte une structure d'interconnexion entre les plots d'accès au module et la puce de circuit intégré De préfé- rence, cette structure d'interconnexion comprend une supers- tructure multicouche sur une face de cette plaquette pour interconnecter en volume les plots d'accès et les plots de liaison à la puce disposés sur la plaquette en bordure de ladite fenêtre et en contrebas de cette superstructure -Des connexions formant une nappe de liaison sont-alors de préférence établies entre les plots en bordure de cette fenêtre et des contacts correspondants de la puce Il est notamment possible de réaliser une telle nappe de connexions de in a N i è r e que leur niveau supérieur ne dépasse pas celui de la superstructure d'interconnexion adjacente afin de conserver au module une épaisseur qui n'est guère supérieu- re à celle de la plaquette de céramique avec sa superstructu- re d'interconnexion. Selon une forme d'exécution de ce mode de réalisation, les connexions de liaison sont réalisées à l'aide d'une tech- nologie de connexion T A B (Transfert Automatique de Bande ou Tape Automated Bonding) Selon une autre forme d'exécution, on utilise des conducteurs à ruban ou a fil rond pour la réaliser. Dans la structure qui vient d'être évoquée, on prévoit avanta- geusement de recouvrir la puce d'une couche de protection notamment contre l'action des rayons ultra-violets, sur une épaisseur telle que le niveau de cette couche ne dépasse pas la surface supérieure des superstructures. En utilisant cette technologie on peut réaliser des structu- res particulièrement compactes en disposant les plots d'accès externes au module selon deux lignes parallèles de part et d'autre d'une ou plusieurs fenêtres dans lesquelles sont lo- gées des puces du circuit intégré de la manière qui vient d'être indiquée. Grâce à ces dispositions, on a pu développer un module élec- tronique monolithique d'environ 600 micromètres d'épaisseur et de 12 x 15 mm hors tout, comprenant une puce de mémoire et une puce de microprocesseur,parfaitement adapté à son emploi dans une carte de transactions automatiques. Les explications et la description à titre d'exemple d'un mo- de de réalisation et qui suivent sont faites en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une carte de paiement utilisant un module électronique selon l'invention; la figure 2 illustre l'implantation de ce module dans la carte; les figures 3 et 4 illustrent deux modes d'organisation d'un module électronique selon qu'il comporte respectivement une ou deux puces de circuit intégré; la figure 5 est une vue détaillée de dessus d'un module élec- tronique selon l'invention; la figure 6 est une vue en coupe transversale de ce module intégré dans une carte de transactions, selon une ligne VI-VI de la figure 5. Une carte de paiement standardisée 10 (figure 1) est réalisée en une matière plastique d'épaisseur totale 760 miicrons de largeur 54 mm et de longueur 85 mm (norme ISO) Elle porte sur sa face antérieure un emplacement 12 pour l'i- dentification de son objet, un emplacement 14 dans le coin supérieur droit pour la photo de son titulaire, un emplacement 16 pour sa signature, un emplacement 18 en bas, à gauche, per- mettant l'impression par embossage du nom et de l'adresse du titulaire Le coin inférieur droit de la carte permet d'aper- cevoir en écorché, un module électronique 20 monté dans l'é- paisseur de la carte et qui sera décrit ci-après plus en dé- tail Parallèlement à la longueur de cette carte et au dos de cette dernière, sont disposées des pistes d'enregistrement magnétiques qui occupent toute la moitié supérieure de la car- te. Le module électrique 20 a une largeur 22 d'environ 12 mm sur une longueur 24 de 15 mm Sa face supérieure fait apparaître deux rangées 26 et 28 de 4 plots 30 chacune,de forme carrée et accessibles de l'extérieur de la carte pour entrer en con- tact avec des broches d'un appareil, par exemple un terminal pour l'établissement et le paiement de commnunications télépho- niques Entre les deux rangées 26 et 28 le circuit laisse apparaltre deux plaques sombres 32 et 34 alignées parallèle- ment à la direction des rangées 26 et 28 de plots 30 et cor- respondant chacune à l'emplacement d'une puce de circuit élec- tronique intégré, comme il sera expliqué ci-après. Le module 20 a la forme d'un rectangle plat d'environ 600 microns d'épaisseur à ces derniers de broches de contact telles que 46 d'un appa- reil extérieur. Sur les figures 3 et 4 on a représenté, vues de dessus, deux plaquettes céramiques respectivement 50 et 60, d'épaisseur 400 microns et percées respectivement d'une fenêtre rectangu- laire 52 dans le cas de la plaquette 50 et de deux fenêtres carrées identiques 62 et 64 dans le cas de la figure 4, chacu- oe de ces fenêtres étant propre à recevoir une puce de circuit intégré ce forte correspondante et d'épaisseur de 300 à 450 pm et par exenp>le égale à 400 microns La fenatre 52 (figure 3) pe=tet de loger, par exemple, une puce de micro-processeur avec une mémoire intégrée (mono- chip) Les fenêtres 62 et 64 (figure 4) ont des dimensions d'environ 5 mm x 5 mmi et permettent, par exemple, de loger res- pectivement une puce de micro-processeur MOTOROLA 6805 et une puce de mémoire INTEL 2716. Les plaquettes de céramique 50 et 60 constituent l'armature de modules électroniques telle que 20 (figures 1 et 2) pour une carte de transactions, selon l'invention Elles permet- tent d'assurer à la fois le montage des puces de circuits ingégrés, et les interconnexions entre ces derniers et les plots d'accès 30 par une technique d'interconnexion en volume obtenue par croissance de couches multiples à partir du subs- trat de céramique selon la technologie des couches épaisses. La structure d'un module électronique 20 comprenant deux pu- ces de circuits intégrés 82 et 84 logées dans des fenêtres respectives 81 et 83 d'une plaquette de céramique 80 identi- que à la plaquette 60 de la figure 4 et, bien visible sur la figure 6 Sur leurs faces inférieures, la plaquette de céra- mique 80 et les puces 82 et 84 sont reliées par une couche de cuivre 86 formant plan de masse et plan thermique et collée à la céra- mique, immédiatement-au-dessus du film thermo-plastique 40. Les contacts de branchement 90 des puces 82 et 84 constituent dans cet exemple de légères bosses à la surface supérieure des puces et sont reliées par des conducteurs plats tels que 96 à des plots correspondants 98 à la surface supérieure de la plaquette de céramique 80 en bordure des fenêtres respec- tives Les bornes 90, les plots 98, et les conducteurs plats 96 sont bien visibles sur la figure 5 qui représente le module vu dans un plan V-V (figure 6) légèrement au-dessus de la sur- face supérieure de la plaquette et des puces 82, 84 Dans cet exemple, il y a 24 plots 98 de liaison à la puce 82 et 28 plots de liaison à la puce 84. Les puces 82 et 84 viennent se loger étroitement dans les fe- nêtres de forme correspondante 81 et 83 Autour de chacune de ces fenêtres on a représenté les bords d'une c-u v e t t e respective 101 et 103 définie par une superstructure d'inter- connexion 100 entourant chacuoe des ouvertures 81 et 83, en retrait par rapport aux plots 98 répartis autour de ces ouvertures qui se trouvent donc en contrebas de la superstructure 100 On a également représenté en tirets les projections des plots 30 dans le plan de la figure 5. La superstructure d'interconnexion 100 est bien visible en cou- pe sur la figure 6 Elle est ca Dosée d'une superposition de couches iso- lantes en verre telles que 106, et de couches conductrices, en or ou autre, matériau convenable, en lâmes telles que 108 dont les tracés per- mettent d'établir les interconnexions entre les plots externes d'une part, et les plots 98 de connexion des puces d'autre part Les tracés des couches conductrices en or qui se trouvent dans le plan V-V sont bien visibles sur la figure 5 Elles sont séparées des autres lames conductrices dans leur plan et dans les plans de niveaux différents par les couches isolantes de verre 106 Les couches ou lames conductrices 108 de niveau dif- férent sont réunies sélectivement par des trous ou passages remplis de substance conductrice à travers les couches isolan- tes 106 de séparation Cette technique d'interconnexion en volume permet de réunir électriquement les nombreux plots 98 en bordure des ouvertures 81 et 83 aux plots de contact exter- nes 30 dans un encombrement réduit, et limité dans le plan par le contour extérieur de la plaquette 20 et les contours des cuvettes 101 et 103, tout en permettant les croisements indis- pensables à l'exécution des connexions recherchées. La réalisation de la structure d'interconnexion en volume 100 est obtenue avec une excellente précision par la mise en oeuvre d'une technologie de croissance en couches épaisses Ces tech- niques sont bien connues, qui permettent à partir d'un substrat de céramique de déposer par sérigraphie, des liaisons conduc- trices ou résistives, ces encres étant stabilisées par une cuis- son en haute température, et de les recouvrir de substances isolantes en couches dans lesquelles on laisse subsister des trous aux emplacements appropriés aux liaisons conductrices perpendiculaires. Les plaquettes de céramique 80 et leurs superstructures d'inter- connexion respectives 100 peuvent être obtenues en très grand nombre par des techniques de répétitions (repeat) dans les- quelles on forme sur une plaquette de grande dimension en céra- mique un grand nombre de structures d'interconnexion indivi- duelles pouvant aisément atteindre 60 ou 80 dans les cas des modules selon l'invention Les plaquettes individuelles 80 peuvent être percées de part en part, par exemple par laser, pour constituer les fenêtres 81 et 83 et découpées lorsque la constitution des superstructures d'interconnexion est terminée. Grâce à leur très petite dimension, ces plaquettes peuvent être obtenues simultanément en grand nombre à partir de cha- que opération de croissance, ce qui contribue à en abaisser le prix de revient. Le montage des puces 82 et 84 dans les plaquettes 80 et leur connexion aux plots 98 peuvent être avantageusement exécutés de façon entièrement automatique à l'aide d'une technique de transfert automatique de bande (T A B) Ces techniques con- nues permettent après avoir fait croître au niveau de cha- que contact de la puce une petite bosse conductrice 90, d'appliquer sur ces bosses des conducteurs respectifs tenus ensemble par un film Chaque puce individuelle peut être prélevée à partir de la tranche de semicônducteur dans lequel elle a été fabriquée à l'aide de ce film et être in- sérée dans l'ouverture correspondante de la plaquette de céramique 80, l'adhésion des bandes conductrices 96 liées au film étant effectuée par compression à chaud contre les plots 98 correspondants Cette technique permet de tester aisément le circuit intégré. Selon une variante de réalisation, on remplace la connexion par transfert automatique de bande en réalisant les liaisons 96 par des rubans plats ou des fils ronds, en or ou en aluminium, qui sont appliqués simultanéoent par tbertr-cctpression aux contacts 90 et aux plots 98 après la mise en place des puces dans les ouvertures cor- respondantes. Lorsque les puces 82 et 84 ont été rapportées dans la plaque de céramique 80, leur surface supérieure et celle des conne- xions 96 se trouvent à l'intérieur de cuvettes 101 et 103 définies par les bords de la superstructure d'interconnexion et en contrebas de celle-ci Ces cuvettes sont alors rem- plies d'une couche de matériau opaque aux ultra-violets, par exemple une résine époxy polymérisable 110, dont la surface supérieure 112 vient affleurer avec la surface supérieure 114 de la superstructure d'interconnexion 100 Cette résine il remplit les interstices entre la puce de circuit intégré et les bords de l'ouverture respective dans la plaquette de cé- ramique 80 Elle protège la puce mécaniquement et chimique- ment contre les actions extérieures. L'épaisseur de la superstructure d'interconnexion 100 au-des- sus de la surface supérieure de la plaquette de céramique 80 est d'environ 150 microns. Les liaisons plates 96 ont une hauteur de 60 à 70 microns et sont recouvertes d'un enrobage 110 dont l'épaisseur est d'en- viron 80 à 90 microns Le plan de masse 86 a une épaisseur d'environ 50 microns L'épaisseur totale du module ainsi ob- tenu est donc de 600 microns Sa surface est environ deux fois plus petite que celle de circuits déjà proposés pour des appli- cations similaires Elle est compatible avec les normes de flexibilité de cartes de transactions automatiques ainsi qu'a- vec les normes d'implantation d'informations sur ces cartes déjà existantes. Les plots 30 se trouvent du côté du support multicouche, auquel ils appartiennent et avec lequel ils sont formés, la dispo- sition des lignes de plots de part et d'autre de la ou des puces de circuits intégrés utilisés permet d'obtenir une structure à la fois compacte et solide. Outre l'avantage de compacité mentionné ci-dessus, la rigi- dité de la céramique permet de supporter des efforts de pres- sion importants pour établir des contacts de bonne qualité entre les plots 30 et des broches d'un appareil d'exploita- tion externe abaissées perpendiculairement à ces plots Il n'est donc pas indispensable de prévoir des contacts glis- sants. Revendications. 1 Module électronique, notamment pour une carte de transac- tions automatiques standardisée, du type comprenant une puce de circuit intégré ( 82), des plots d'accès électrique ( 30) au module ( 20) et une structure d'interconnexion entre ces -5 plots et la puce, caractérisé en ce que cette structure d'in- terconnexion est réalisée dans une plaquette ( 80; 100) sur laquelle sont montés lesdits plots ( 30) et qui est percée d'au moins une fenêtre ( 81; 83) dans l'épaisseur de laquelle est montée la puce ( 82). 2 Module selon la revendication 1, caractérisé en ce que cette plaquette ( 80, 100) est réalisée sur une base de céra- mique ( 80) sur laquelle est formée une superstructure ( 100) d'interconnexion à plusieurs niveaux réalisée en couches épaisses. 3 Module selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les plots d'accès ( 30) sont disposés en deux ran- gées parallèles de part et d'autre de ladite fenêtre ( 81; 83) à la partie supérieure de la superstructure d'interconnexion. 4 Module selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure d'interconnexion comprend une plurali- té de plots ( 98) en bordure de ladite fenêtre ( 81; 83), en contrebas de ladite superstructure ( 100), ces plots ( 98) étant reliés à des contacts ( 90) sur la face supérieure de la puce ( 82; 84) logée dans cette fenêtre ( 81; 83) par des conne- xions formant une nappe de liaison à un niveau infé- rieur à celui de la face supérieure de la superstructure d'interconnexion ( 100). Module selon la revendication 4, caractérisé en ce que la puce ( 82; 84) et les bords de la fenêtre ( 81; 83) sur les- quels sont disposés les plots de liaison ( 90) à la puce, sont revêtus d'une couche de protection ( 110) dont la face supé- rieure ne dépasse pratiquement pas le niveau de celle de la superstructure d'interconnexion ( 100). 6 Module selon la revendication 5, caractérisé en ce que la nappe ( 96) est noyée dans ladite couche de protec- tion ( 110). 7 Module selon l'une des revendications 3 à 6, caracté- risé en ce que ladite nappe est réalisée par une technologie de transfert automatique de bande. 8 Module selon l'une des revendications 3 à 6, caracté- risé en ce que ladite nappe ( 96) est réalisée à l'aide de ru- bans ou fils conducteurs. 9 Module selon l'une des revendications précédentes, caracté- risé en ce que les plots de contact du module avec l'extérieur ( 30) sont du type à contacts pressants. Module selon l'une des revendications précédentes, caractéri- sé en ce que la face inférieure de la puce ( 82; 84) est reve- tue d'un plan de masse ( 86) qui s'étend à la plaquette formant la structure d'interconnexion. 11 Module selon l'une des revendications précédentes, carac- 2 $ térisé en ce que son épaisseur est inférieure ou égale à 600 microns, et/ou ses dimensions en plan sont inférieures ou égales à 12 x 5 mr. 12 Carte flexible normalisée pour transactions automatiques, caractérisée en ce qu'elle comprend une fenêtre dans l'épais- seur de laquelle est logé un module selon l'une des revendi- cations 1 à 11. 13 Carte de transactions automatiques comprenant un module électronique formé par une pastille de circuit intégré reliée à des plots d'accès externes par une structure d'interconne- xion, caractérisée en ce que cette structure est réalisée sur une plaquette de céramique. 14 Carte selon la revendication 13, caractérisée en ce que ladite structure d'interconnexion est réalisée en volume sous forme multicouche par une fabrication en couches épaisses.