Brevet FR2625046A1 — publié le 19890623

CARTE A PUCE PROTEGEE CONTRE LES DE CHARGES ELECTROSTATIQUES L'invention concerne les cartes incorporant un circuit-intégré, plus généralement connues sous l'appellation "cartes à puces" ou cartes comportant un composant, et tous systèmes analogues (clés électroniques, jetons portables) comportant ' un composant. Les cartes considérées ici sont celles qui sont portatives et qui sont destinées a être transportées d'un lieu a un autre, et plus précisément d'un lecteur de cartes å un autre, pour exécuter une fonction électronique a un moment où on en a besoin et la où on en a besoin. La durée de leur utilisation est en pratique très faible devant la durée de non-utilisation, et, en dehors des moments d'utilisation où la carte est placée dans un lecteur, elle est stockée sans précaution particulière. Les cartes å puces sont en effet de plus en plus destinées à des usages grand public tels que des cartes å prépaiement pour payer des communications téléphoniques å partir de cabines publiques, ou encore des cartes bancaires pour acheter des biens ou des services, ou des cartes servant de-''laissez-passer dans des lieux où une autorisation et même un code d'accès confidentiel sont nécessaires.. On comprend alors que les utilisateurs doivent transporter les cartes avec eux en permanence, dans leur portefeuille, et qu'on ne peut leur imposer des précautions et des contraintes importantes pour le stockage et l'utilisation. Parmi les risques potentiels de destruction u d'endommagement des cartes å puce, il existe le risque de décharges électrostatiques ou de surtensions diverses. Généralement, les lecteurs de cartes sont protégés contre ces décharges par des éléments de protection placés en série ou en parallèle avec leurs bornes d'entrée/sortie et Leurs bornes d'alimentation. Or les cartes à puces sont elles-mêmes connectées à ces bornes d'entrée/sortie du lecteur. Par conséquent, les cartes à puces sont protégées pendant leur utilisation contre les surtensions d'origines diverses, en particulier contre les décharges électrostatiques. Les éléments de protection ainsi connectés aux bornes d'entrée/sortie des lecteurs de cartes sont notamment des écrêteurs de tension, telles que des varistances à l'oxyde de zinc ou des diodes de type "Transil" ou "Trisil". Ces diodes sont des composants semiconducteurs a deux ou plusieurs couches semiconductrices de type de conductivités alternés fonctionnant à la manière de diodes zener ou de diodes de schockley mais avec des caractéristiques courant-tension présentant des coudes beaucoup plus francs que des diodes zener. Lorsque les cartes à puces sont enlevées des lecteurs de cartes, elles ne bénéficient plus de la protection assurée par ces composants. Pourtant, elles restent sujettes aux risques de destruction par des décharges électrostatiques car 1) leurs bornes d'accès électriques sont généralement complètement dénudées; protéger ces cartes par un capot de protection qui s'ouvrirait uniquement lors de l'introduction de la carte dans un lecteur impliquerait une complexité et un coût de fabrication élevé de la carte 2) des décharges électrostatiques pouvant aller jusqu'à 20 kilovolts sont engendrées sous l'effet des mouvements naturels du corps humain en atmosphère relativement seche; l'utilisateur risque donc d'appliquer une décharge de 20 kilovolts sur une borne d'entrée/sortie de la carte s'il touche cette borne lorsqu'il sort celle-ci de son portefeuille pour l'introduire dans un lecteur. Les solutions adoptées jusqu'a maintenant pour éviter ces problèmes consistent å prévoir dans le circuit-intégré lui-même, entre une masse électrique et chaque plot de contact d'entrée/sortie destiné å être relié a une borne extérieure de la carte, des jonctions polarisées en inverse, ayant une tension d'avalanche de 15 å 20 volts environ et permettant des protections jusqu'à 2500 à 5000 volts. Généralement, la masse est également reliée a une borne de sortie et est au même potentiel,que la# face arrière de la puce de circuit-intégré. Cependant, il s'avère difficile de donner . aux jonctions de protection ainsi incorporées à la puce de circuit-intégré des caractéristiques aboutissant exactement å la protection désirée, en particulier en ce qui concerne la forme des courbes de courant en fonction de la tension; la forme désirée est une forme avec un coude très franc à une valeur de tension bien déterminée1 de façon que les jonctions assurent bien une fonction d'écrêtage de tension comme on le souhaite. Les jonctions que l'on sait bien incorporer å la puce assurent surtout une protection de type zener, présentant l'inconvénient d'une réponse insuffisamment rapide aux surtensions å front de montée très raide comme le sont les décharges électrostatiques. Pour prot#éger de la manière la plus efficace possible les cartes a puces sensibles aux décharges électrostatiques, la présente invention propose d'incorporer à la carte une ou plusieurs puces de diodes de protection séparées de la puce de circuit-intégré à protéger, ces puces ayant une première face reliée à un conducteur de masse et une deuxième face reliée à une borne a protéger. La ou les puces de protection sont enfermées dans le même matériau isolant de protection que la puce à protéger. Plus précisément, la présente invention propose une carte à puce comportant un circuit-intégré relié à des bornes de connexion extérieures de la carte, la puce et une partie de chaque borne de connexion étant enfermées hermétiquement dans la carte, et une autre partie de chaque borne de liaison étant accessible de l'extérieur de la carte, caractérisée en ce qu'il est prévu, soudée d'un côté sur une borne de connexion et reliée électriquement de l'autre côté à un autre conducteur de connexion (en général une masse commune), au moins une puce semiconductrice de protection séparée de la puce de circuit-intégré, cette puce de protection constituant un composant d'écrêtage de tension å deux bornes enfermé hermétiquement avec la puce de circuit-intégré dans la carte. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente une carte à puce classique avec ses contacts extérieurs accessibles en permanence; - la figure 2 représente un module de circuit imprimé contenant à la fois une puce de circuit-intégré et les bornes de contact de la carte, ce module étant destiné à être monté dans une carte classique; - la figure 3 représente un module selon l'invention a monter dans la carte; - la figure 4 représente une variante de réalisation du module destiné a être monté dans une carte selon l'invention. A la figure 1 on a représenté schématiquement une carte å puce 10 de format classique pour des applications téléphoniques ou bancaires, destinée a être manipulée par des particuliers sans précaution spéciale bien que ses contacts extérieurs soient directement accessibles et puissent être touchés par les doigts lors de la manipulation. La carte enferme hermétiquement un circuit -intégré non visible relié électriquement, par des conducteurs de liaison également enfermés et non visibles, aux bornes de contact extérieures de la carte. Les bornes de contact sont des conducteurs d'un circuit imprimé et une partie de ces conducteurs est enfermée å l'intérieur de la carte tandis qu'une autre partie est accessible sur une face de la carte. Sur la figure 1, on a représenté six bornes de contact BO à B5 dont on voit la-partie visible. Le circuit imprimé dont les conducteurs de contact BO a B5 forment la face avant visible sur la figure 1 porte sur sa face arrière une puce de circuit-intégré assurant les fonctions électroniques de la carte. Pour le montage de ce circuit dans la carte, on constitue dans la matière plastique constituant le corps principal de la carte 10 une cavité permettant de loger un module préfabriqué comprenant å la fois la puce de circuit-intégré et le circuit imprimé dont les conducteurs servent de contacts pour la carte. La ligne circulaire tiretée 12 de la figure 1 représente le contour de la cavité; après mise en place du module dans la cavité, la cavité est fermée par exemple par remplissage avec une résine thermoplastique ou thermodurcissable qui solidarise le module et le reste de la carte. Un exemple de réalisation classique de module est représenté å la figure 2. Le module 14 comprend essentiellement une puce de circuit-intégré 16, et un circuit imprimé constitué par un substrat isolant 18 recouvert sur une face de conducteurs de cuivre 20 dont le dessin correspond au dessin désiré pour les bornes de contact de la carte. Les conducteurs comprennent par conséquent les bornes de contact BO å B5 de la figure 1. Sur la figure 2, le module est représenté retourné avec sa face avant au dessous pour montrer la puce de circuit-intégré 16. Le module 14 comprend encore des conducteurs de liaison entre des plots de contact de la puce et. les bornes de contact du circuit imprimé. Ces conducteurs sont de préférence des fils d'or ou d'aluminium 22, mais ils peuvent aussi être réalisés sous forme de rubans photogravés portés par un support isolant (procédé dit "TAB" pour Tape Automatic Bonding). La figure 3 représente ce que devient le module modifié selon un premier mode de réalisation de l'invention. La puce de circuit-intégré 16 est soudée sur un des conducteurs de contact du circuit imprimé, par exemple le conducteur correspondant å la borne BO. Elle est encore reliée à chacun des autres conducteurs de contact, correspondant aux bornes B1 à B5. Mais sur certains des autres conducteurs du circuit imprimé (par exemple les conducteurs B1 et B2 s'ils sont plus particulièrement d protéger contre des décharges électrostatiques), ,..on a soudé, de la même maniere qu'on a soudé la puce 16 sur le conducteur BO, une puce semiconductrice de protection (24, 26) å deux électrodes qui est un composant écrêteur de tension. La face arrière de ces puces de protec- tion constitue une première électrode reliée électriquement å la borne de contact B1 ou B2 sur laquelle elle est soudée.La face avant de chacune de ces puces est reliée par un conducteur de liaison (28 pour la puce 24, 30 pour la puce 26) a la borne BO qui dans cet exemple constitue la masse électrique générale du circuit. Le montage du conducteur de liaison entre la face supérieure de la puce de protection et la borne BO est de préférence le même que le montage des conducteurs de liaison entre les plots de contact de la puce de circuit-intégré 16 et les bornes auxquelles ils doivent être raccordés. Sur la figure 2, le montage est un montage à fils d'or ou d'aluminium. Après soudure des puces sur les bornes et des conducteurs de liaison entre les puces et les bornes, les puces et les fils de liaison sont noyés dans une résine isolante thermoplastique servant & les protéger contre les agressions mécaniques et chimiques. Dès ce moment, le module est en outre protégé efficacement contre les agressions de type électrostatiques grâce a la présence des puces de protection 24 et 26 entre les bornes les plus sensibles (souvent les bornes d'entrée de signaux du circuit-intégré) et la masse. Après cet enrobage, le module peut être mis en place dans la cavité ménagée à#. cet effet dans la carte à puce. Il est rendu solidaire de la carte par exemple par chauffage de manière que la résine se colle à la matière plastique de la carte. Les puces de protection utilisées ici sont de préférence de type Transil ou Trisil, c'est-à-dire que leur caractéristique tension-courant présente un coude très abrupt pour la tension d'écrêtage. La figure 4 représente une variante de réalisation de la figure 3, dans laquelle, au lieu que les puces de protection des bornes å protéger (B1 et B2) soient soudées directement sur ces bornes et reliées a la masse par un fil conducteur, les puces de protection 24 et 26 sont soudées toutes les deux sur la borne de masse BO et sont reliées par des conducteurs de liaison aux bornes B1 et B2 à protéger. Plusieurs manières de relier la puce de protection et la puce de circuit-intégré aux bornes å protéger sont possibles. Pour la puce de protection 24, on a prévu un premier fil de liaison s'étendant entre la puce 24 et la borne Bl, et un deuxième fil de liaison s'étendant entre la puce de circuit-intégré 16 et un autre point de la borne B1. Pour la puce 26, on a prévu un fil de liaison s'étendant entre la puce de circuit-intégré et la face supérieure de la puce de protection 26 et repartant de l & pour aller vers la borne B2. Les modes de connexion des figures 3 et 4 peuvent bien entendu être combinés, en ce sens qu'on peut prévoir une ou plusieurs puces de protection soudées sur la borne de masse et une puce de protection soudée sur une ou plusieurs bornes a protéger. REVENDICATION Carte à puce a contacts non protégés, comportant une puce de circuit-intégré (16) reliée & des bornes de connexion extérieures (BO à B5) de la carte, la puce et une partie de chaque borne de connexion étant enfermées hermétiquement dans la carte, et une autre partie de chaque borne de connexion étant accessible de l'extérieur de la carte, caractérisée en ce qu'il est prévu, soudée d'un côté sur une borne de connexion et reliée électriquement de l'autre côté à un autre conducteur de connexion, au moins une puce semiconductrice de protection (24, 26) séparée de la puce de circuit-intégré, cette puce de protection constituant un composant d'écrêtage de tension à deux bornes enfermé hermétiquement avec la puce de circuit-intégré dans la carte.