Brevet FR2584235A1 — publié le 19870102

Procédé de montage d'un circuit intégré sur un support, dispositif en résultant et son application à une carte à microcircuits électroniques. L'invention se rapporte à un procédé de montage d'un circuit intégré sur un support, au dispositif résultant de la mise en oeuvre du procédé, et à l'application du dispositif à une carte à microcircuits électroniques et, plus particulièrement, a une carte -portative dont l'épaisseur satisfait aux normes ISO (International Standard Organisation) des cartes de crédit, soit 0,76 mm + 10 %. On appelle carte à microcircuits électroniques, une carte faite ordinairement d'une feuille rectangulaire en matériau plastique, qui incorpore des microcircuits électroniques portés par un support et qui présente extérieurement des contacts pour la connexion des microcircuits électroniques avec un appareil de traitement de cartes. Les microcircuits électroniques peuvent être destinés à des fonctions très diverses, telles que par exemple les opérations bancaires de débit et de crédit, l'allocation d'unités téléphoniques et l'entrée confidentielle dans un milieu protégé. Ils constituent généralement des circuits de traitement et/ou de mémoire plus ou moins complexes selon l'usage auquel ils sont destinés. Dans la pratique, ils sont formés sur au moins une microplaquette de silicium, appelée couramment circuit intégré, puce ou chip. Pour des raisons de commodité, le terme "puce" sera utilisé dans la suite du texte. Le support de puce contenu dans la carte est ordinairement une très mince feuille en matière plastique comportant les éléments d'interconnexion entre la ou les puces et les contacts de la carte. Dans un cas particulier, le support présente les contacts de la carte sur l'une de ses faces tandis que l'autre face porte la ou les puces et leurs 2éléments d'interconnexion avec les contacts. L'ensemble constitue un dispositif, appelé par la suite "pastille", incluant tous les éléments fonctionnels de la carte. La fabrication de la carte consiste alors seulement a incorporer la pastille dans le matériau plastique de la carte, de façon que les contacts de la pastille affleurent une face de la carte et que la puce et ses circuits soient protégés sous la pastille par une épaisseur minimale du matériau plastique de la carte. Le montage de la pastille se fait couramment par insertion dans une cavité de la carte, mais peut aussi bien se faire par enrobage dans le matériau plastique de la carte. L'invention concerne la fabrication d'une telle pastille. Une pastille doit d'abord satisfaire aux conditions normales d'emploi des cartes souples portatives destinées au grand public. Pour ce faire, il faut que la pastille ait une résistance mécanique suffisante pour protéger la puce et ses éléments d'interconnexion à l'encontre des contraintes exercées sur le support lors des manipulations de la carte. Cependant, il faut qu'elle soit suffisamment souple pour épouser les flexions et torsions pouvant être ordinairement exercées sur la carte, sans endommager la puce, ses éléments d'interconnexion avec les contacts, et les soudures entre ces éléments et la puce. Une pastille doit aussi pouvoir être incorporée dans une carte dont l'épaisseur est aux normes ISO des cartes de crédit, soit 0,76 mm + 10 %, tout en laissant en-dessous de la pastille une épaisseur suffisante du matériau plastique de la carte pour la protection de la puce et de ses éléments d'interconnexion. En référence aux valeurs nominales, il s'avère qu'en pratique l'épaisseur minimale du matériau plastique de protection est d'environ 0,20 mm, qui ne laisse ainsi à la pastille qu'une épaisseur de 0,56 mm. Dans la pastille, une puce occupe déjà une épaisseur -3- de 0, 30 mm, obtenue après rôdage de l'épaisseur d'origine d'une puce normale. Ceci ne laisse plus qu'une épaisseur possible de 0,26 mm pour l'ensemble du support, des contacts et des éléments de connexion des plots de la puce aux contacts respectifs de la pastille. Dans cet ensemble, on a vu précédemment que le support doit avoir une résitance mécanique suffisante qui, en pratique, requiert une épaisseur de l'ordre de 0,1 mm. Enfin, les contacts sont formés généralement à partir d'une feuille de cuivre collée sur le support, puis gravée et recouverte d'une couche d'or et d'au moins une couche intermédiaire de compatibilité, de nickel par exemple. D'autre part, le procédé de fabrication d'une pastille doit être simple et bon marché pour convenir à une production en grande série de cartes à bas prix. Il est clair en effet qu'un procédé de fabrication en grande série de pastilles pour cartes n'est intéressant techniquement et commercialement que s'il fait intervenir le minimum de constituants et d'étapes. La simplicité est d'autant plus importante, que compte tenu des contraintes imposées sur l'épaisseur d'une pastille, la fabrication en série doit en outre s'accommoder à des marges de tolérance relativement grandes pour chaque élément de la pastille. La simplicité apparaît donc comme un facteur primordial et décisif dans le choix d'un procédé parmi tous les procédés possibles. Enfin, dans la pratique, il s'avère que pour un grand nombre de services spécifiques différents, les cartes correspondantes requièrent l'emploi de puces de taille relativement grande, par exemple de l'ordre de 4 à 8 mm de côté. En outre, toute carte ne doit comporter qu'un nombre réduit de contacts, par exemple huit pour les cartes de crédit. Ceci limite à ce nombre les plots de la puce correspondante, qui peuvent même lui être inférieurs dans - 4 certains cas. Par conséquent, sur une grande puce, les plots peuvent être suffisamment écartés les uns des autres pour être directement connectés aux contacts respectifs de la puce. Cette possibilité simplifierait d'autant les procédés de fabrication et ne laisserait qu'au cas d'une puce très petite la nécessité de relier les plots de la puce aux -contacts de la pastille par l'intermédiaire d'éléments de connexion tels que des fils et des conducteurs libres ou solidaires du support. Les procédés antérieurs de fabrication de pastilles ne satisfont pas à toutes les conditions qui viennent d'être énoncées, surtout si les pastilles sont destinées à des cartes à épaisseur normalisée. La fabrication actuelle est celle conforme au brevet français n" 2 439 478 de la demanderesse. Le procédé consiste à percer des trous dans le support, à coller une feuille de cuivre sur une face du support et à la graver puis la dorer pour former les contacts de la pastille, à métalliser les trous, puis a procéder aux étapes de dépôt et de photogravure d'une couche conductrice sur l'autre face du support pour former des plages de connexion, et à souder sur ces plages de connexion les éléments d&entrée-sortie des circuits intégrés tortés par une ou deux puces. En d'autres termes, ce procédé a recours à la technologie des trous métallisés et à une métallisation sur les deux faces du support. Ainsi, en plus de la complexité de ce procédé, la pastille qui en résulte s'avère coûteuse et encombrante. Une variante actuellement mise en oeuvre consiste à ménager une ouverture dans le support pour coller la puce directement sur une partie de la feuille de cuivre qui bouche cette ouverture. Comme avantages, la pastille correspondante a une faible épaisseur du fait que l'épaisseur du support ne s'ajoute pas à celle de la puce, et la partie de cuivre sous la puce favorise l'évacuation - 5 - des calories issues des microcircuits et peut servir à la polarisation d'une puce de type N-MOS. Cependant, la liaison directe de la puce avec la mince feuille de cuivre extérieure a l'inconvénient de rendre la puce plus ' sensible aux forces de pression, de torsion et de flexion susceptibles d'être exercées sur les cartes souples de grand public dans les conditions normales d'emploi. D'autre part, le procédé de fabrication demeure complexe et couteux, et nécessite en plus la connexion par fils des plots de la puce aux plages de connexion avec les contacts. Un perfectionnement à ces procédés de fabrication a été présenté dans les brevets francais n 2 439 322 et 2 439 438 de la demanderesse. Selon ce perfectionnement, les extrémités des pattes de la puce sont fixées directement aux contacts respectifs dans des trous percés dans le support, fermés par les contacts et remplis au moins partiellement de brasure. Cependant, l'adjonction de la brasure dans les trous est une étape délicate du procédé. D'autre part, avant ou pendant le brasage, il faut procéder à une opération aussi délicate de cambrage des pattes. Il est à noter que les procédés antérieurs qui viennent d'être présentés ont, en plus de leurs défauts propres, un inconvénient qui leur est commun. En effet, tous ces procédés requièrent la présence d'éléments de connexion entre les plots de la puce et les contacts de la pastille. Ces éléments de connexion sont des fils de liaison, ou les pattes des puces, ou des conducteurs formés à partir d'une couche métallique reposant sur la face intérieure du substrat de la pastille, ou une combinaison de ces éléments. L'emploi de fils de connexion correspond à la technologie dite "wire bonding". L'adjonction de pattes aux puces peut être faite par la technique de montage de puces sur ruban, appelée couramment TAB (Tape Automatic Bonding). Enfin, la formation de conducteurs sur le support peut être faite par collage et gravure d'une feuille de cuivre, ou par dépôt métallique. En d'autres termes, les procédés antérieurs font tous intervenir nécessairement des étapes de procédé coûteuses et parfois délicates. L'invention satisfait à toutes les conditions énoncées plus haut et offre ainsi l'avantage d'obtenir aisément et a bas prix une pastille mécaniquement résistante, de faible épaisseur, de structure simple et permettant la connexion directe des plots de la puce aux contacts de la pastille. L'invention concerne d'abord un procédé de montage d'un circuit intégré sur un support, consistant à percer des trous dans le support, à fermer les trous par une couche métallique appliquée sur une face du support et à souder dans les trous les éléments de connexion du circuit intégré à la couche métallique, caractérisé en ce qu'il consiste à donner aux plots du circuit intégré une hauteur approximativement égale à l'épaisseur du support pour constituer lesdits éléments de connexion. En corollaire, un dispositif porteur de circuits intégrés conforme à l'invention comprend un support percé de trous et ayant une face pourvue d'une couche métallique fermant les trous et une autre face pourvue d'au moins un circuit intégré ayant ses éléments de connexion soudés dans les trous à ladite couche métallique, et est caractérisé en ce que les éléments de connexion sont les plots respectifs du circuit intégré, ayant une hauteur approximativement égale a l'épaisseur du support. L'invention se rapporte aussi a une carte A microcircuits électroniques, du type incorporant une pastille qui -7- présente sur une face une couche métallique constituant les contacts de la carte et comporte au moins un circuit intégré, caractérisé en ce que la pastille résulte du dispositif tel que décrit précédemment. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit,. faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexes. Dans les dessins: - la figure 1 est une vue en coupe, suivant la ligne II indiquée à la figure 2, d'un mode de réalisation d'une pastille conforme à l'invention, montée dans une carte portative illustrée partiellement; la figure 2 est une vue de dessus de la pastille et de la partie de carte représentées sur la figure 1; - les figures 3A, 3B et 3C sont des vues de détail agrandies au niveau d'un trou de la pastille représentée sur la figure 1, illustrant les trois étapes, rebpectivement initiale, intermédiaire et finale du procédé de montage d'une puce sur un support conformément à l'invention; - la figure 4 est une vue similaire a la figure 3C, illustrant une variante de fabrication d'une pastille conforme à l'invention; - la figure 5 est une vue similaire a la figure 3C, illustrant une autre variante de fabrication d'une pastille conforme à l'invention; - la figure 6 est une vue en coupe partielle, similaire à celle de la figure 1, illustrant une variante de - 8- réalisation d'un dispositif de polarisation de la puce pour une pastille conforme à l'invention; - la figure 7 est une vue en perspective d'une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, à partir duquel sont suggérées les diverses étapes de fabrication et d'utilisation de ce dispositif. Les figures 1 et 2 illustrent le mode de réalisation préféré d'un dispositif porteur d'un ci-cuit intégré. Ce dispositif se présente sous la forme d'une pastille (10) composée essentiellement d'un support (11), d'une puce (i2) et de contacts (13). Le support (11) est une mince feuille en matériau électriquement isolant, tel que celui connu sous la marque déposée "Kapton". La face (lla) du support (11) est en grande partie recouverte par une couche métallique (15) constituant notamment les contacts (13) de la pastillJe (10). La couche métallique (15) est généralement formée par une mince feuille de cuiv-e fixée contre la face (11la) du support (11) par une couche de colle (18), puis dûment gravée et dorée. Des trous (16) sont ménagés dans le support (11) sous des contacts respectifs (13) de la couche métallique (15). Dans la pratique, les trous (16) sont percés dans le support avant la mise en place de la couche métallique (15). La puce (12) porte sur sa face active (12a) des circuits intégrés connectés à des éléments de connexion (14) de la puce, six dans l'exemple illustré. Comme dans le brevet précité ne 2 439 322, ces six éléments de connexion (14) sont soudés dans les trous (16) à six contacts respectifs (13). Selon l'invention, les six éléments de connexion (14) qui sont soudés aux six contacts respectifs (13) sont les plots respectifs de la puce (12) auxquels on a donné - 9 - une hauteur approximativement égale à l'épaisseur du support (11). Cette épaisseur est de l'ordre de 0,1 mmn pour une pastille destinée à une carte portative a épaisseur normalisée. Les figures 3A, 3B, 3C illustrent respectivement les étapes initiale, intermédiaire et finale d'un exemple de procédé de montage conforme à l'invention de la puce (12) sur les contacts (13) du support (11). Comme représenté sur la figure 3A, ce procédé emploie initialement une puce (12) classique, dont les plots (14a) ont une hauteur très faible par rapport à la face active (12a) de la puce (12), de l'ordre de quelques micromètres, 2 um par exemple. La figure 3B illustre l'emploi, sur chaque plot (14a), d'une boule massive (17) de brasure tendre, telle que l'étain- plomb, pour donner à la puce (12) des plots (14) ayant une hauteur approximativement égale à l'épaisseur du support (11). La formation de boules massives en étain- plomb est bien connue dans la technique. On peut par exemple obtenir une boule de l'ordre de 100 um (micromètres) de hauteur en pulvérisant sur le cuivre de chaque plot initial (14a) de la brasure en étain-plomb sur une épaisseur de 20 à 30 um et en chauffant cette brasure. Il suffit alors de disposer les boules (17) des plots (14) de la puce (12) dans les trous correspondants (16) du support (11) et de chauffer les contacts respectifs (13) au moyen d'un outil (19), comme indiqué à la figure 3C, pour obtenir la pastille (10) conforme à l'invention qui a été représentée sur les figures 1 et 2. En pratique, les faces (12a) de la puce et (11b) du support seront en contact ou très proches l'une de l'autre. Pour la clarté des dessins, les figures 3A, 3B et 3C ainsi que les figures 4 et 5 ne respectent pas les proportions des éléments représentés. La figure 4 est une vue similaire à la figure 3C, illustrant une variante de fabrication d'une pastille (;0) - 10 - conforme a l'invention. Cette variante part d'une puce (12) classique comme celle représentée sur la figure 3A et dispose sur chaque plot (14a) une pièce métallique (17') formant entretoise pour obtenir un plot (14) conforme à l'invention. La pièce métallique (17') représentée sur la figure 4 est une bille de cuivre pourvue de méplats diamétralement opposés pour être soudée au plot (14a) et, ultérieurement au contact (13) respectif. Le soudage de la bille (17') au plot (13) par l'outil (19) utilise une couche de brasure tendre (20) avantageusement déposée sous le contact (13) avant insertion du plot (14). La figure 5 est aussi une vue similaire à la figure 3C, illustrant une autre variante de fabrication d'une pastille conforme à l'invention. Selon cette variante, chaque plot (14) conforme à l'invention est issu d'un plot initial (14'a) très élevé, surmonté d'une couche d'or (17"). Ainsi un plot (14) de 100 um peut être formé d'un plot initial d'environ 70 um et d'une couche épaisse d'or d'environ 30 um. Le dépôt d'une couche d'or sur un plot métallique.de cuivre ou d'aluminium est couramment utilisé dans la technique. Le plot initial (14'a) peut être fait par exemple par dépôt électrolytique. Selon cette variante, le soudage du plot (14) au contact (13) est fait au moyen de l'outil (19) par thermocompression de la couche d'or (17") contre une couche d'or (20') préalablement déposée sous le contact (13). Bien que les exemples illustrés se rapportent au soudage des plots (14) de la puce (12) aux contacts (13) de la couche métallique (15), il est clair que le soudage est pratiquement indifférent à l'état de la couche métallique (15) et peut donc se faire à tout moment, depuis son état initial jusqu'à son état final qui a servi d'exemple. Il ressort des figures 1 et 2 que la pastille (1;0) pourrait normalement se limiter à l'emploi d'un support - 11 - (11), d'une couche métallique (15) fermant des trous (16) du support, et d'une puce (12) dont les plots (14) sont soudés A la couche métallique (15). Cependant, dans le cas ou les circuits intégrés de la puce (12) sont du type N-MOS, il est nécessaire de polariser la base (12b) de la puce. Les exemples illustrés tiennent compte de cette éventualité et proposent différents dispositifs de polarisation. Dans les figures 1 et 2, le dispositif de polarisation représenté est formé d'une lame métallique conductrice (21) reliant la base (12b) de la puce (12) à l'un des contacts (13) de la couche métallique (15) à travers un trou (22) du support (11). La liaison illustrée de la lame (21) à la puce (12) et au contact (13) est faite par des couches respectives (23) de colle conductrice, par exemple de l'époxy chargé en argent. Eventuellement, la lame (21) pourrait simplement servir de drain thermique. Une variante de réalisation telle qu'illustrée dans la figure 6 consiste à remplacer la lame 21) par une masse de colle conductrice (24) qui remplit le trou (22) et se prolonge jusqu'à une paroi de la puce (12) . Les figures 1 et 2 illustrent également l'application de la pastille (10) à la réalisation d'une carte portative (26). L'exemple de réalisation représenté correspond A celui décrit dans le brevet francais précité n 2 337 381. Selon ce brevet, la carte est une simple feuille faite en un matériau plastique et pourvue d'une cavité (27) conformée pour contenir et fixer la pastille (10) de façon que les contacts (13) soient sensiblement coplanaires avec la face correspondante de la carte (26). La fixation est généralement faite par collage (non représenté) de la périphérie du support (11) sur un épaulement correspondant (27a) de la cavité (27). Cependant, on comprend que l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation et que la pastille (10) peut par exemple être simplement noyée dans le matériau plastique de la carte. - 12 - La figure 7 illustre une variante de réalisation d'un dispositif porteur de puces à circuits intégrés conforme à l'invention. Selon cette variante, le dispositif (28) a un support (29) se présentant sous la forme d'un film plastique de type cinématographique à double rangée de perforations (30) régulièrement espacée le long des bords du film. Le support (29) est partagé en une série de domaines adjacents (31a, 31b, 31c, 31d,...) destinés a reproduire chacun la même structure que celle de la pastille (10) représentée sur les figures 1 et 2. La figure 5 attribue donc les mêmes chiffres de référence aux composants analogues à ceux de la pastille (10). Ainsi, le support (29) de chaque domaine (31) est percé de six trous (16) et d'un trou additionnel (22). Un ruban de cuivre (15) a été collé sur une face du support (29), puis gravé et doré pour former les contacts (13) recouvrant les trous de chaque domaine (31) illustré. A partir de cet état initial des domaines (31) du film (29), la figure 7 illustre schématiquement les étapes du procédé conforme à l'invention pour l'élaboration de pastilles (10) telle que celle représentée sur les figures 1 et 2. Il est supposé qu'à chaque domaine successif est opérée une phase différente du procédé tel que décrit en référence aux figures 3A, 3B, lorsque le film se déroule dans le sens de la flèche (F). Le domaine (31a) vient se positionner par rapport à une puce (12) portée par une table (32). Au-dessus des contacts (13), l'outil (19) effectue le soudage de ces contacts aux plots (14) de la puce (12). Il est résulte la configuration représentée dans le domaine (31b) du dispositif (28). Au niveau de ce domaine, un dispositif d'application de colle (33), tel qu'une seringue ou un tampon, dépose des couches de colle (23) sous la puce (12) et dans le trou (22). La mise en place de la lame (21) aboutit, dans le domaine (31c) à la configuration de la pastille (10) représentée sur les - 13 - figures 1 et 2 et illustrée de façon fragmentaire sur la figure 7 après l'action d'une matrice de découpage (34) pour prélever la pastille (10) du dispositif (28). , Bien entendu, l'outil (19) n'est donné qu'à titre d'exemple. D'une manière générale, tout moyen de chauffage peut être utilisé pour le soudage individuel ou collectif des plots (14). Ainsi, un four pourrait être utilisé pour un soudage collectif éventuellement pour le traitement de la colle. - 14 - REVENDICATIONS 1. Procédé de montage d'un circuit intégré (12) sur un support (11), consistant à percer des trous (16) dans le support, A fermer les trous par une couche métallique (15) appliquée sur une face (11a) du support et A souder dans les trous les éléments de connexion (14) du circuit intégré (12) A la couche métallique (15), caractérisé en ce qu'il consiste A donner aux plots du circuit intégré une hauteur approximativement égale A l'épaisseur du support pour constituer lesdits éléments de connexion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste A former une boule massive (17) de brasure tendre sur chaque plot initial (14a) d'un circuit intégré classique (12). 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste A disposer sur chaque plot initial (14a) d'un circuit int6gré classique un élément conducteur formant entretoise (17'). 4. Proc6dé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste A surélever les plots initiaux (14a), par dépôt électrolytique par exemple. 5. Proc6dé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste A disposer une couche d'or (17") sur les plots initiaux surélevés (14'a). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 a 5, caractérisé en ce qu'il consiste à relier électriquement une paroi du circuit intégré (12) à la couche métallique - 15 - (15) à travers un trou (22) traversant le support (11) sous la couche (15). 7. Dispositif (10, 28) porteur de circuits intégrés (12), comprenant un support (11, 29) percé de trous (16) et ayant une face (11a, 29a) pourvue d'une couche métallique (15) fermant les trous (16) et une autre face (11b, 29b) pourvue d'au moins un circuit intégré (12) ayant ses éléments de connexion (14) soudés dans les trous à ladite i0 couche métallique, caractérisé en ce que les éléments de connexion sont les plots respectifs (14) du circuit intégré (12), ayant une hauteur approximativement égale à l'épaisseur du support (11, 29). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque plot (14) se compose d'un plot initial (14a) surmonté d'une boule massive (17) de brasure tendre. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque plot (14) se compose d'un plot initial (14a) surmonté d'un élément conducteur formant entretoise (17'). 10. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque plot est un plot initial surélevé (14'a). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque plot initial surélevé est surmonté d'une couche épaisse d'or (17"). 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de polarisation (21, 24) entre une paroi du circuit intégré et la couche métallique à travers un trou (22) traversant le support sous la couche métallique. - 16 - 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif de polarisation est une lame métallique conductrice (21) fixée au dos (12b) de la puce (12). 14. Dispositif selon la revendication 12,caractérisé en ce que le dispositif de polarisation est formé par de la colle conductrice (24). 15. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 14, caractérisé en ce que le support (29) est un film du type cinématographique présentant des domaines adjacents (31a, 31b,...) identiques, pourvus d'une couche métallique (15) fermant des trous respectifs (16) du support (29) et soudée dans ces trous aux plots (14, 25) d'au moins un circuit intégré (12), les plots étant pourvus d'une hauteur sensiblement égale A l'épaisseur du support. 16. Carte (26) à microcircuits électroniques, du type incorporant une pastille (10) qui présente sur une face une couche metallique constituant les contacts (13) de la carte et qui comporte au moins un circuit intégré (12), caractérisée en ce que la pastille (10) résulte du dispositif tel que décrit dans l'une des revendications 7 A 15.