Brevet FR2601477A1 — publié le 19880115

Procédé de montage d'un circuit intégré dans une carte à microcircuits électroniques, et carte en résultant. L'invention se rapporte à un procédé de montage d'un circuit intégré dans une carte à microcircuits électroniques, et à la carte en résultant. Elle peut avantageuseme#' s'appliquer à une carte portative dont l'épaisseur satisfait aux normes ISO (International Standard Organisation) des cartes decrédit, 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 et 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. L'invention concerne les cartes logeant au moins une puce dans une cavité fermée par un couvercle portant les contacts. En# particulier, elle présente un procédé de montage de lå puce dans une telle carte. Pour une carte normalisée, un procédé de montage doit satisfaire à de nombreuses conditions. Le procédé de montage doit d'abord satisfaire aux conditions normales d'emploi des cartes souples portatives destinées au grand public. Pour ce faire, il faut que le montage présente une résistance mécanique suffisante pour protéger la puce et ses éléments de liaison aux contacts à l'encontre des contraintes exercées lors de la manipulation de la carte. Cependant, il faut aussi que le montage soit assez souple pour épouser les flexions et torsions pouvant etre ordinairement exercées sur la carte, sans endommager la puce et ses éléments de liaison aux contacts. Le procédé de montage doit aussi s'adapter à l'épaisseur normalisée des cartes de crédit. En se référant aux valeurs nominales et à leurs marges de tolérance admissibles, il s'avère qu'en pratique la cavité doit laisser une épaisseur minimale de 0,20 mm du matériau plastique de la carte. Il reste donc au mieux une épaisseur de 0,56 mm pour loger la puce et le couvercle pourvu des contacts. La puce occupe déjà une épaisseur de 0,30 mm, obtenue après rodage 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 couvercle, des contacts et des éléments de liaison des plots de la puce aux contacts respectifs. Pour que le couvercle ait une résistance mécanique suffisante, il 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 couvercle, puis gravée et recouverte d'une couche d'or et d'au moins une couche intermédiaire de compatibilité, de nickel par exemple. Ils occupent donc nécessairement une épaisseur de l'ordre de 0,05 mm. En conclusion, il ne reste que la faible marge de 0,11 mm pour placer tout autre élément que la puce, le couvercle et ses contacts. D'autre part, le procédé de montage 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 cartes n'est intéressant techniquement et commercialement que s'il fait intervenir le minimum d'éléments et d'étapes. La simplicité est d'autant plus importante que, compte tenu de toutes les contraintes de la-normalisation, la fabrication en série doit en outre s'accommoder aux marges de tolérance relativement grandes de craque élément de la carte. La simplicité apparaît donc comme un facteur primordial et décisif dans le choix d'un procédé parmi tous les procédés possibles. Enfin, il s'avère qu'en pratique les cartes 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 inférieur dans certains cas. Par conséquent, les plots d'une grande puce peuvent être suffisamment écartés les uns des autres pour être directement connectés aux contacts respectifs de la carte. Cette possibilité simplifie d'autant les procédés de fabrication et ne laisse qu'au cas d'une puce très petite la nécessité de relier les plots de la puce aux contacts de la carte par l'intermédiaire d'éléments de connexion tels que des fils et des conducteurs libres ou solidaires du couvercle. Les procédés antérieurs de montage d'une puce dans une carte ne satisfont pas à toutes les conditions qui viennent d'être énoncées, surtout si les cartes sont aux normes des cartes de crédit. Un procédé de montage élémentaire est décrit dans le brevet japonnais d'Arimura n0 6491/78. Dans une cavité de la carte, on place la puce de manière à présenter ses plots vers l'extérieur et on ferme la cavité par un couvercle pourvu de contacts extérieurs reliés chacun à un plot de la puce par une liaison passant par un trou ménagé dans le couvercle. Cette liaison n'est pas spécifiquement décrite. Les dessins représentent simplement un couvercle pourvu de trous bouchés par un matériau conducteur dur, tel que le cuivre, faisant office de contact et de liaison. A l'intérieur du couvercle, le matériau est disposé pour être en contact direct avec les plots de la puce. Pour que ce montage soit efficace, il faut que le plan supérieur des plots de la puce corresponde exactement et en permanence avec le plan inférieur du matériau des contacts.Dans une carte normalisée du type carte de crédit fabriquée en grande série, les tolérances de fabrication ne peuvent déjà pas assurer cette correspondance. D'autre part, le couvercle est nécessairement mince et relativement souple, de sorte que le plan inférieur des contacts est variable. De plus, la carte est elle-même souple et doit subir des flexions et des torsions qui modifient le positionnement relatif du couvercle et de la puce. Par conséquent, ce procédé de montage élémentaire, souhaitable pour sa simplicité et son faible coût de réalisation, ne peut en pratique assurer une liaison efficace et fiable. D'autres procédés de montage ont donc été exploités. Selon ces procédés, le couvercle est fixé à la puce et constitue pour celle-ci un support. L'ensemble formé par la puce, le support, les contacts et les éléments de liaison des plots de la puce aux contacts constituent un dispositif appelé par la suite "pastille". La fabrication actuelle est celle conforme au brevet français n0 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, à 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 ceszplages de connexion les éléments d'entrée-sortie des circuits intégrés portés par une ou deux puces. En d'autres termes, ce procédé a recours à la technologie des trous métallisés et à une mt-tallisation 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 des calories issues des microcircuits et peut servir à la polarisation d'une puce de type N-MOS. Cependant, la fixation directe de la puce à 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 n0 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. Ce procédé a l'inconvénient d'exiger que la puce ait des pattes pour éviter les problèmes relatifs au brevet d'Arimura. D'autre part, l'adjonction de la brasure dans les trous est une étape délicate du procédé. De plus, avant ou pendant le brasage, il faut procéder à une opération aussi délicate de cambrage des pattes. Il est à noter que ces procédés antérieurs de montage d'une pastille 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 support 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 évite les inconvénients des procédés antérieurs relatifs à la fabrication d'une pastille, grâce à un perfectionnement du procédé de montage par emploi d'un couvercle. Ce perfectionnement ajoute aux avantages initiaux de ce procédé, à savoir sa simplicité, son bas prix d'exécution et le faible emcombrement qui en résulte, l'avantage d'assurer une connexion efficace et fiable dans des applications à des cartes souples d'épaisseur normalisée, fabriquées en grande série. Le procédé conforme à l'invention de montage d'un circuit intégré dans une carte à microcircuits électroniques, comprenant le positionnement du circuit intégré dans une cavité de la carte de manière qu'il présente ses plots vers- l'extérieur, et la fermeture de la cavité par un couvercle pourvu de contacts extérieurs reliés respectivement aux plots du circuit intégré par des liaisons, est caractérisé en ce qu'il consiste à inclure dans les liaisons un matériau conducteur compressible et à comprimer ce matériau par les plots du circuit intégré. Il en résulte une carte à microcircuits électroniques, comprenant une cavité logeant au moins un circuit intégré dont les plots sont reliés aux contacts respectifs d'un couvercle fermant la cavité par l'intermédiaire de liaisons, caractérisée en ce que les liaisons comprennent un matériau conducteur compressible comprimé par les plots respectifs du circuit intégré. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée à titre d'exemple et se référant aux dessins annexés. Dans les dessins - la figure 1 est une vue en coupe, suivant la ligne I-I indiquée à la figure 2, d'un mode de montage conforme à l'invention d'un circuit intégré dans une carte portative illustrée partiellement - la figure 2 est une vue de dessus de la partie de carte représentée sur la figure 1 - la figure 3 est une vue de détail agrandi d'un trou du couvercle représenté sur la figure l, pourvu d'un bouchon de matériau conducteur compressible illustré en position initiale non comprimée - la figure 4 est une vue en coupe partielle, similaire à celle de la figure 1, illustrant une première variante de montage conforme à l'invention - la figure 5 est une vue en coupe partielle similaire à celle de la figure 1, illustrant une seconde variante de montage conforme à l'invention - la figure 6 est une vue en coupe partielle, similaire à celle de la figure 1, illustrant une troisième variante de montage conforme à l'invention ; - la figure 7 est une vue en coupe faite suivant la ligne VII-VII indiquée à la figure 8 et similaire à celle de la figure 1, illustrant une quatrième variante de montage conforme à l'invention d'un circuit intégré dans une carte portative illustrée partiellement ; et - la figure 8 est une vue de dessus, similaire à celle de la figure 2, de la partie de carte représentée sur la figure 7. Les figures 1 et 2 illustrent le mode de réalisation préféré du procédé conforme à l'invention de montage d'un circuit intégré dans une carte à microcircuits électroniques. La carte (10) présente une cavité (11) logeant un circuit intégré ou puce -(12) et fermée par un couvercle (13) percé de trous (14) et pourvu de contacts extérieurs (15), au nombre de six dans l'exemple illustré. La cavité (11) est avantageusement placée dans un coin de la carte pour réduire les contraintes exercées sur la puce (12) lors de la manipulation de la carte. Les contacts (15) sont respectivement reliés aux plots (16) de la puce (12) par des liaisons électriques passant par les trous (14). Selon l'invention, les contacts (15) sont formés à partir d'une couche métallique (20) fermant les trous (14) du couvercle, les liaisons sont faites par des bouchons (17) de matériau conducteur compressible remplissant au moins partiellement les trous (14), et les plots (16) compriment les bouchons (17). Dans l'exemple illustré, la couche métallique (20) est initialement une feuille de cuivre qui a été fixée sur le couvercle (13) par une couche de colle (20a) puis gravée et dorée.D'autre part, la compression des bouchons est obtenue simplement en disposant de bouchons (17) qui remplissent (à l'état initial non comprimé) presque entièrement les trous respectifs (14) comme indiqué à la figure 3, et en enserrant la puce (12) entre le fond de la cavité (11) et le couvercle (13). La compression est déterminée de façon à assurer une pression de contact efficace entre les plots (16) et les bouchons (17) malgré les déformations du couvercle et le déplacement de la puce (12) qui peuvent se produire lors de la manipulation de la carte (10). De bons résultats ont été obtenus avec des bouchons (17) découpés d'un jonc de mousse élastomère chargée en argent (de l'ordre de 70%) et comprimée d'environ 15% de la longueur d'un bouchon. De bonnes performances ont aussi été obtenues avec la variante de réalisation représentée sur la figure 4. Selon cette variante, un matelas (18) de matériau compressible est placé sous la puce (12), c'est-à-dire interposé entre la puce (12) et le fond de la cavité (11). On utilisera avantageusement une simple mousse élastomère non conductrice si le matelas n'a pas à remplir une fonction électrique. La seconde variante de montage conforme à l'invention et représentée sur la figure 5 s'applique plus particulièrement au cas où la compression des bouchons (17) est insuffisante pour exercer la pression de contact minimale requise sur les plots ordinaires (16) de la puce (12) ou pour assurer une bonne connexion entre les plots et contacts respectifs malgré les déformations dues à la manipulation de la carte. Pour accroitre la compression des bouchons (17) dans les trous (14), les plots ordinaires (16) tels qu'illustrés dans la figure 1 sont surélevés par rapport à la face active (12a) de la puce (12). Dans l'exemple illustré, les bouchons (17) ont initialement la position représentée sur la figure 3 et les plots (16) ont été surélevés en fixant (par soudage notamment) sur chacun d'eux une boule (16a), d'or ou d'étain par exemple. Dans les exemples précédents, il est montré que les bouchons (17) ne sont pas en contact avec la face active (12a) de la puce (12). Comme illustré dans la figure 3, chaque bouchon (17) en sa position initiale non comprimée n'emplit pas entièrement le trou correspondant (14) pour éviter tout contact avec la puce et, comme illustré dans les autres figures, son matériau compressible a été choisi de façon que sa compression par un plot ordinaire ou surélevé maintienne le bouchon à l'écart de la face active (12a) de la puce. Si l'une au moins de ces deux conditions n'est pas satisfaite, on appliquera avantageusement la troisième variante de montage qui va maintenant être décrite en référence à la figure 6. Selon l'exemple illustré dans la figure 6, les bouchons (17) en leur état initial non comprimé débordent du plan inférieur du couvercle (13). Ainsi, lorsque les plots viennent s'appliquer contre les bouchons et les comprimer, une couronne périphérique (17a) de chaque bouchon autour d'un plot vient s'#appliquer contre la face active (12a) de la puce (12). La surface d'une couronne dépend de la nature du matériau compressible. Un matériau mou donne une couronne de grande surface, comme celle représentée sur la figure 6. En pratique, il s'avère qu'un courant parasite peut circuler entre la puce (12) et la couronne périphérique (17a) des bouchons (17), principalement à la périphérie de la face active (12a). Selon l'invention, une isolation électrique est faite par un film (19).Dans la variante illustrée, le film (19) est appliqué sur la face inférieure du couvercle (13) avant le montage de la puce (12) et présente des trous ajustés pour le passage des plots (16). Comme illustré également, les plots (16) sont surélevés par des boules (16a) s'il est au moins nécessaire de compenser l'épaisseur du film (19) pour obtenir la compression requise. Les figures 7 et 8 sont des vues respectivement analogues à celles des figures 1 et 2 d'une variante de réalisation d'une carte (10) conforme à l'invention. Les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments. #elon la variante des figures 7 et 8, la couche métallique (20) se compose de six bandes (21) et le couvercle (13) est recouvert d'une pellicule (23) de matière plastique isolante. Une extrémité de chaque bande (21) ferme un trou (14) et l'autre extrémité est découverte par un trou (22) ménagé dans la pellicule (23) pour constituer un contact (15). Eventuellement, les trous (22) peuvent être remplis de matière conductrice. Les bandes (21) forment donc avec le matériau conducteur compressible (17) les liaisons entre les contacts (15) et les plots (16) de la puce (12). Ainsi, selon la variante des figures 7 et 8, les contacts (15) sont dans une sone située en dehors de la cavité (11) incorporant la puce (12). La carte correspondante (10) est de ce fait appelée carte à contacts décalés. Dans l'exemple illustré, les contacts (15) sont disposés de part et d'autre de la ligne médiane (L) parallèle à la longueur de la carte, tandis que la puce (12) demeure logée dans un coin de la carte. Ainsi, les contraintes exercées sur la puce par la flexion et la torsion de la carte sont réduites par rapport à celles que subirait une puce placée au niveau des contacts (15) comme dans le cas des figures 1 et 2. Par ailleurs, selon la variante des figures 7 et 8, la puce (12) est supposée être du type MOS (Métal Oxyde Semiconducteur) dont le dos (12b) doit être connecté à un potentiel de polarisation. Par analogie avec l'exemple de la figure 4, le dos (12b) de la puce (12) repose sur un matelas (18) de matériau conducteur compressible, en liaison avec un contact (15) par#l'intermédiaire d'un trou (24) (24) ménagé dans le couvercle (13). Cette liaison peut être une lame métallique soudée à la bande centrale (21) dans le trou (24) et se prolongeant jusqu'au fond de la cavité (11).. De préférence, comme illustré, la liaison sera une bande (25) de matériau conducteur compressible de même nature que le matelas (18) ou les bouchons (17). Il ressort maintenant à l'évidence que l'invention est d'une manière générale essentiellement fondée sur l'utilisation, dans chaque liaison électrique entre un contact (15) et un plot (16) de la puce (12), d'un matériau conducteur compressible (17) comprimé par le plot respectif (16) de façon à constituer une connexion électrique efficace. Il s'ensuit que l'emploi de bouchons (17) bouchant des trous (14) ménagés dans le couvercle (13) constitue un cas particulier d'application de l'invention. De même la caractéristique générale de l'invention est satisfaite si la compression du matériau conducteur compressible (17) par un plot (16) était faite par. l'intermédiaire d'une patte (non illustrée) fixée au plot. Il est aussi évident que tous les modes de réalisation illustrés dans les figures 1 à 8 peuvent s'adapter les uns aux autres. Revendications 1. Procédé de montage d'un circuit intégré (12) dans une carte à microcircuits électroniques (10), comprenant le positionnement du circuit intégré dans une cavité (11) de la carte de façon qu'il p#résente ses plots vers l'extérieur, et la fermeture de la cavité par un couvercle (13) pourvu de contacts extérieurs (15) reliés respectivement aux plots (56) du circuit intégré (12) par des liaisons, caractérisé en ce qu'il consiste à inclure dans les liaisons un matériau conducteur compressible (17) et à comprimer ce matériau par les plots du circuit intégré. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les liaisons passant par des trous (14) du couvercle (13), il consiste à former les contacts (15) à partir d'une couche métallique (20) fermant les trous (14) du couvercle et à remplir au moins partiellement les trous (14) par le matériau conducteur compressible (17). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un matelas (18) de matériau compressible sous le circuit intégré. 4.Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un matelas de matériau conducteur compressible (18) sous le circuit intégré et à relier ce matelas à un contact (15) par l'intermédiaire d'un trou (24) du couvercle. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la liaison du matelas (18) au contact (15) est aussi faite par une bande de matériau conducteur compressible (25). 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau conducteur compressible est une mousse élastomère chargée en argent. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à placer un film isolant (19) entre une partie dudit matériau (17) et au moins la partie périphérique de la face active (12a) du circuit intégré (12). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à accroître la compression du matériau conducteur compressible (17) en surélevant les plots (16) par rapport à la face active (12a) du circuit intégré (12). 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les plots (16) compriment le matériau conducteur compressible (17) par l'intermédiaire de pattes fixées aux plots. 10. Carte à microcircuits électroniques (10), comprenant une cavité (11) logeant au moins un circuit intégré (12) dont les plots (16) sont reliés aux contacts respectifs (15) d'un couvercle (13) fermant la cavité par l'intermédiaire de liaisons, caractérisée en ce que les liaisons comprenant un matériau conducteur compressible (17) comprimé par les plots respectifs (16) du circuit intégré. 11. Carte selon revendication 10, caractérisée en ce que les liaisons passant par des trous (14) du couvercle (13), les contacts (15) sont formés à partir d'une couche métallique (20) fermant les trous du couvercle et les liaisons comprennent des bouchons (17) de matériau conducteur compressible placés dans les trous (14). 12. Carte selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'un matelas (18) de matériau compressible est placé sous le circuit intégré (12). 13. Carte selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce qu'un matelas (18) de matériau conducteur compressible est placé sous le circuit intégré et relié électriquement à un contact (15) du couvercle (13) par l'intermédiaire d'un trou (24) du couvercle. 14. Carte selon la revendication 13, caractérisée en ce que la liaison du matelas (18) au contact (15) par l'intermédiaire du trou (24) est faite par une bande de matériau conducteur compressible (25). 15. Carte selon l'une des revendications 10 à 14, caractérisée en ce que le matériau compressible est une mousse élastomère chargée en argent. 16. Carte selon l'une des revendications 10 à 15, caractérisée en ce qu'un film isolant (19) est placé entre une partie (17a) d'un bouchon (17) et au moins la partie périphérique de la face active (12a) du circuit intégré. 17. Carte selon l'une des revendications 10 à 16 caractérisée en ce que les plots (16) sont surélevés par rapport à la face active (12a) du circuit intégré (12), par des boules (16a) d'or ou d'étain par exemple. 18. Carte selon l'une des revendications 10 à 16, caractérisée en ce que les plots sont pourvus de pattes qui compriment le matériau conducteur compressible (17). 19. Carte selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que les liaisons entre les contacts (15) et les plots (16) comprennent chacune une bande métallique conductrice (21) dont une extrémité comporte le matériau conducteur compressible (17). 20. Carte selon la revendication 19, caractérisée en ce qu'une pellicule isolante (23) recouvre la couche conductrice et présente dés trous (22) délimitant les contacts (15). 21. Carte selon l'une des revendications 10 à 20, caractérisée en ce que le circuit intégré (12) est placé dans un coin de la carte tandis que les contacts (15) sont situés dans une zone médiane de la carte.