Brevet FR2839570A1 — publié le 20031114

en ligne. 1 2839570 PROCEDE DE FABRICATION DE CAPTEUR D'EMPREINTE DIGITALE et CAPTEUR CORRESPONDANT L'invention concerne les capteurs d'empreinte digitales, et plus particulierement un procede de fabrication qui minimise les couts de production et qui facilite ['usage du capteur ainsi que la protection du capteur contre les agressions exterieures. Un capteur d'empreinte digitale est realise a partir d'un circuit integre, en principe a base de silicium, comprenant notamment une matrice de points sensibles permettant d'etablir une representation de ltempreinte d'un doigt pose directement sur la surface de la matrice. La detection de l'empreinte peut etre optique ou capacitive ou thermique ou piezoelectrique. o Certains capteurs fonctionnent en presence d'un doigt pose statiquement sur la surface d'un capteur dont la matrice active de detection, rectangulaire ou carree, a une surface correspondent a la surface d'empreinte a detecter; d'autres capteurs fonctionnent par glissement du doigt sur un capteur dont la matrice de detection, de surface beaucoup plus petite que l'empreinte a detecter, est une barreKe allongee fine. Dans les deux cas, mais surtout dans le cas d'un fonctionnement par glissement du doigt, le circuit integre doit etre protege par des couches resistantes a l'usure. Ces couches dependent du type de capteur (par exemple s'il s'agissait d'un capteur optique il est evident que les couches de o protection eventuelles devraient etre protegees par des couches transparentes). On a propose des vernis de protection, ou encore des depots mineraux tels que des depots d'oxyde de silicium. D'autre part, la puce de circuit integre formant le cosur du capteur doit etre reliee electriquement a l'exterieur (notamment a des sources d'alimentation, des circuits de s commande et des circuits d'exploitation des signaux electriques qui representent l'empreinte digitale). Etant donne que le doigt doit etre pose (ou doit glisser) sur la surface sensible du capteur, cette surface doit rester accessible. C'est pourquoi, pour ces capteurs on adopte une solution de liaison electriq ue trad itionnelle par des fils so up les soudes reliant des plots de contact de la face avant (face active) de la puce de circuit integre, a des plots de contact situes sur une surface sur laquelle la puce est reportee. 2 2839570 Dans les applications de circuit integre autres que des capteurs (par exemple des microprocesseurs, des memoires, etc.), ces fils vent traditionnellement proteges par une couche de protection epaisse, deposee ou surmoulee, qui enferme la puce et ses fiis. Selon ['invention, on propose un procede de fabrication d'un capteur d'empreinte digitale dans lequel on effectue les etapes suivantes: fabriquer une puce de capteur, reporter cette puce sur un substrat, relier la puce au substrat par des fils soudes, placer ['ensemble de la puce et du substrat dans un motile, couler dans le moule une resine de protection o recouvrant au moins en partie la puce et le substrat et enfermant totaiement les fils, le moule ayant une forme telle qu'un bossage de resine, depassant d'au moins 500 micrometres de haut une surface sensible de la puce, soit forme sur au moins un cote de la puce, ce bossage protegeant les fils soudes et formant un guide de positionnement pour le doigt dont on veut detecter l'empreinte afin que l'empreinte a detecter vienne en regard d'une surface sensible de la puce lorsque le doigt vient contre le bossage. De preference, un cote au moins de la puce sera depourvu d'un tel bossage de guidage. Dans le cas d'une detection par glissement du doigt sur une puce en forme de barrette allongee perpendiculairement a la o direction de glissement du doigt, deux cotes de la puce seront depourvus d'un tel bossage de guidage: un bossage sera prevu soit sur un seul cote de la puce soit sur deux cotes opposes (se faisant face dans la direction d'allongement de la barrette), mais pas sur les deux autres cotes. Dans le cas d'un capteur d'empreinte de type capacitif, le moule sera tel que la surface sensible de la puce ne sera pas recouverte de resine, et les bossages s'eleveront directement au-dessus de la surface de la puce, laissant libre la surface sensible de la puce. Mais, avantageusement, dans le cas d'un capteur de type thermique ou piezoelectrique, on prevoira de recouvrir la surface sensible o d'une fine couche de resine moulee protegeant cette surface (de preference une couche uniforme d'environ 20 a 60 micrometres d'epaisseur); ies bossages s'eleveront de queiques millimetres au-dessus de cette fine couche de resine. La puce de circuit integre ainsi encapsulee comprend done des sa a fabrication un element d'ergonomie (element de guidage du doigt), de sorte 3 2839570 que cette puce peut etre installee directement dans des applications sans qu'il soit necessaire de concevoir l'environnement de ces applications avec des elements de guidage specifiques. Par exemple, pour installer ce capteur sur un clavier d'ordinateur, il n'est pas necessaire de redessiner le bo'^tier du 6 clavier. Le capteur pourra etre installe sur une surface plane de ce clavier. Le substrat peut etre rigide ou flexible. 11 comportera des contacts electriques laisses libres (non recouverts de resine moulee), pour la connexion du capteur avec l'exterieur. De preference, I'encapsulation par moulage de resine se fera sur o plusieurs puces simultanement, les capteurs individuals ainsi encapsules etant detaches ulterieurement les uns des autres. Dans le cas ou une fine couche de resine moulee recouvre la surface active du capteur, on prevoit de preference de mettre en place sur la face avant de la puce de circuit integre, avant mise en place de la puce dans le motile, des entretoises de hauteur calibree contre lesquelles vient s'appuyer le fond du motile, pour definir parfaitement l'epaisseur de resine qui recouvrira la surface active du capteur. Ces entretoises vent placees de preference tout autour de cette surface active, de maniere a ne pas gener le fonctionnement de la detection d'empreinte. Wiles peuvent consister en bossages de quelques dizaines de micrometres de haut, formes au cours de la fabrication de la puce proprement cite et par consequent integres a la puce. Wiles peuvent aussi etre constituees par des billes ou cylindres de diametre calibre, posees a la surface de la puce sur des zones prealablement revetues de colle. 26 En resume, on aboutit selon ['invention a un capteur d'empreinte digitale comportant une puce de capteur presentant une surface sensible, un substrat pourvu de connexions electriques et des fils soudes reliant la puce aux connexions electriques, caracterise en ce qu'il comporte une resine de protection moulee recouvrant au moins en partie le substrat et la puce et enfermant completement les fils soudes, et en ce que la resine forme, sur au moins un cote de la puce et sur au plus trots cotes, un bossage s'elevant d'au moins 500 micrometres au dessus de la surface sensible, ce bossage enfermant les fils soudes et constituent un guide pour un doigt dont on veut detecter l'empreinte. Pour un capteur 36 agence pour detecter une empreinte lors du glissement d'un doigt 4 2839570 perpendiculairement a la direction d'allongement de la puce, celle-ci etant en forme de barrette, un bossage de resine est prevu sur deux cotes au plus de la puce, ces cotes etant les petite cotes. D'autres caracteristiques et avantages de ['invention appara'^tront a la lecture de la description detaillee qui suit et qui est faite en reference aux dessins annexes dans lesquels: - la figure 1 represente le capteur d'empreinte avant encapsulation; o - la figure 2 represente en coupe le principe de ['encapsulation du capteur; - la figure 3 represente le capteur encapsule, en perspective; - la figure 4 represente en perspective, vu de dessus et vu de dessous, une variante de realisation du capteur; - la figure represente en coupe une realisation avec revetement de la surface active du capteur par une fine couche de resine moulee. Sur la figure 1, on a represente un exemple de capteur d'empreinte digitale realise a partir d'une puce de circuit integre 10 en forme de barrette allongee (longueur beaucoup plus grande que la largeur) sur laquelle on devra faire glisser un doigt pour detecter successivement des portions d'image de doigt au fur et a mesure que le doigt glissera sur la surface de la puce. Le glissement du doigt se fait perpendiculairement ou a peu pres perpendiculairement a la longueur de la barrette. La puce comprend une matrice de quelques lignes (5 a 10 lignes par exemple) de nombreux detecteurs elementaires (une centaine a quelques centaines de detecteurs elementaires par ligne par exemple) et chaque image comprend done quelques lignes de nombreux points. Par correlation des images partielles successivement obtenues au fur et a mesure du deplacement du doigt, on reconstruit une image globale de l'empreinte digitale qui a parcouru la surface du capteur. Le capteur peut etre thermique (mesures de differences d'echanges de chaleur entre le doigt et un detecteur selon qu'une crete ou une vallee d'empreinte digitale est en regard d'un detecteur elementaire). II peut aussi etre piezoelectrique (difference de pression exercee selon la presence d'une crete ou d'une vallee), ou capacitif 2839570 (difference de capacite selon la presence d'une crete ou d'une vallee); il peut enfin etre optique (difference dtintensite lumineuse reflechie). Dans l'exemple represente, la puce allongee 10 comporte une zone active sensible 12 subissant ['influence du relief de l'empreinte digitale et constituee essentiellement par une matrice de plusieurs lignes de detecteurs elementaires, et une zone peripherique comprenant d'une part des circuits associes a la matrice (alimentation, commande, recueil de signaux fournis par la matrice) et d'autre part des plots de contact conducteurs 14 servant a la connexion de la puce avec l'exterieur. La puce est classiquement reportee sur un substrat 20 comportant lui-meme des plots conducteurs correspondents 22, des connexions electriques 24 reliees a ces plots 22, et des plages de contact ou des broches 26 destines a la connexion de ['ensemble puce+substrat avec des elements exterieurs au capteur proprement dit (par exemple pour communiquer avec un ordinateur auquel on veut transferer, pour traitement et utilisation, les signaux electriques permettant de reconstituer ['image d'empreinte detectee). La puce est reportee sur ce substrat 20 par sa face arriere, inactive; la face avant, sensible, reste accessible pour le doigt. Le mode de zo connexion le plus traditionnel, a savoir par fils soudes (en anglais: bonding >>) est de preference utilise pour relier les plots 14 de la puce aux pots 22 du substrat. Les fils soudes vent designee par 28 sur la figure 1. L'operation d'encapsulation posterieure au report de la puce 10 sur le substrat 20 consiste a placer ['ensemble de la puce de circuit integre et du substrat dans un moule permettant d'injecter une resine de protection des parties fragiles de ['ensemble. Parmi ces parties fragiles, il y a bien entendu les fils soudes 28. La resine est liquide et est polymerisee dans le moule pour se solidifier. II s'agit classiquement d'une resine bicomposant. La forme du moule est adaptee pour que la resine solidifiee forme o un ou plusieurs bossages relativement epais (en pratique ltepaisseur est superieure a ce qui est strictement necessaire pour la simple protection de la puce et de ses fils soudes 28) au-dessus de la surface sensible de la puce, sur au moins un cote de la puce. L'epaisseur des bossages est de preference d'environ un millimetre mais pas plus au-dessus de la surface sur s laquelle reposera le doigt en utilisation. C'est-a-dire que si la surface de la 6 2839570 puce reste non recouverte de resine, les bossages depassent d'environ un millimetre la surface superieure de la puce, mais si la surface de la partie active de la puce est elle-meme recouverte d'une fine couche de resine sur laquelle viendra s'appuyer le doigt, les bossages depassent d'un millimetre au-dessus de cette couche. La figure 2 represente, en coupe, la puce 10 et son substrat 20 encapsules dans la resine presentant deux bossages, un de chaque cote de la puce allongee, sur les petite cotes. Dans cet exemple, tous les fils soudes 28 servant a la connexion de la puce avec le substrat vent situes sur un o meme petit cote de la puce allongee. Un bossage de resine 30 les recouvre et les protege. Ce bossage constitue ['element principal de positionnement et de guidage du doigt dans son mouvement de glissement transversalement a la direction d'allongement de la barrette. Un deuxieme bossage 32, facultatif, peut etre forme par moulage sur l'autre petit cote de la barrette. Le doigt 40 vient alors se placer entre les deux bossages. La surface superieure sensible de la puce 10 n'est pas recouverte de resine dans cette realisation de la figure 2. Dans le cas d'un capteur sur lequel le doigt glisse, on prevoit au maximum deux bossages. Dans le cas d'un capteur sur lequel le doigt reste o statique, avec une puce carree ou rectangulaire mais pas en forme de barrette, on peut prevoir jusqu'a trots bossages permettant de delimiter trots cotes de la surface active, le doigt pouvant s'appuyer sur deux ou trots de ces bossages. Les plages de contact de connexion exterieure 26 ne vent pas recouvertes par la resine de moulage. Dans l'exemple represente aux figures 1 et 2, ces plages vent sur la surface superieure du substrat 20. Les plots 22 du substrat, les connexions 24 et les plages 26 vent realisees en un film metallique recouvrant la surface du substrat, lequel est en matiere plastique ou en ceramique. Les plages 26 vent situees du cote superieur du substrat o (celui sur lequel la puce est reportee). II est cependant possible aussi d'utiliser d'autres types de connexion, et en particulier les connexions par lames conductrices, connues sous ['appellation anglaise >. II s'agit d'une grille conductrice rigide constituent en elle-meme a la fois le substrat sur lequel est reporte la puce, les plots 22, les connexions 24 et les s plages conductrices 26. Dans ce cas, on comprend que les plages 7 2839570 conductrices 26 peuvent etre accessibles par 1'arriere du substrat piutOt que par ['avant. Dans d'autres realisations encore les plages de connexion 26 peuvent etre accessibles par l'arriere d u su bstrat. C 'est le cas par exemp le s i le substrat est un substrat multicouche comportant des conducteurs 6 dtinterconnexion aussi bien sur sa surface avant que sur sa surface arriere avec des vies conducteurs entre les deux. La figure 3 represente en perspective un exemple de realisation dans lequel les plages conductrices 26 vent constituees en forme de connecteur male. Pour la connexion du substrat avec l'exterieur un o connecteur complementaire peut etre enfiche sur les plages 26 ou applique contre ces plages selon la configuration de celles-ci. La figure 4 represente en perspective un autre exemple de realisation dans lequel les plages de connexion 26 du substrat vent situees sur le dessous du substrat, ce dernier etant constitue par une structure 6 multicouche. Sur la figure 4, on a represente des bossages 30 et 32 de forme differente de celle de la figure 3 mais remplissant la meme fonction de protection des fils soudes et de guidage du doigt. Sur la figure 5, dans laquelle on a aussi prevu des plages de connexion 26 au-dessous du substrat 20, on a represente en coupe une autre realisation dans laquelle la resine 36 vient recouvrIr, en couche mince de quelques dizaines de micrometres d'epaisseur, la surface active de la puce entre les bossages 30 et 32. Pour definir cette fine epaisseur, on prevoit de preference des entretoises 38 a la surface de la puce, ces entretoises ayant l'epaisseur desiree. Le fond du moule vient stappuyer contre les entretoises et la resine liquide peut etre injectee dans 1'intervalle qui subsiste ainsi entre la surface avant de la puce et le fond du motile. Cette realisation est interessante dans le cas d'un capteur thermique dont la surface de puce ne peut pas en pratique etre reccuverte d'une couche de passivation en silice comme ce serait le cas par exemple pour un capteur optique. Les entretoises 38 peuvent etre realisees de plusieurs facons. Wiles vent placees non pas directement dans la zone actwe du capteur, mais dans une zone peripherique de la face avant de la puce. Dans un exemple, elles vent constituees par des billes ou des cylindres de verre de diametre calibre, mis en place sur des points de colle prealablement deposee sur la peripherie 36 de la zone active. Les billes peuvent etre en verre. Les cylindres peuvent etre 8 2839570 des fragments de fibres de verre d'une dizaine a quelques dizaines de micrometres de diametre. Dans un autre exemple, les entretoises vent integrees a la surface de la puce par exemple sous forme de depots metalliques localises. Ces depots peuvent etre formes electrolytiquement. La fabrication des capteurs se fait de preference par moulage d'un lot de plusieurs capteurs sur un substrat commun. Les capteurs individuals, comprenant chacun une puce respective et pourvus chacun de leurs bossages et de leurs connexions, vent detaches les uns des autres apres moulage. Un moulage sur un ruban continu de substrats attaches les uns aux autres est la solution preferee. Selon les applications, on peut prevoir qu'il y a plusieurs puces dans un meme capteur, encapsulees en une meme operation. La resine utilisee peut etre une resine transparente, en particulier lorsque le capteur est optique et que la surface active est recouverte de resine. 9 2839570 REVENDICATIONS 1. Procede de fabrication d'un capteur d'empreinte digitale dans lequel on effectue les etapes suivantes: fabriquer une puce de capteur (10), reporter cette puce sur un substrat (20), relier la puce (10) au substrat (20) par des fils soudes (28), placer ['ensemble de la puce et du substrat dans un motile, couler dans le moule une resine de protection recouvrant au moins partiellement le substrat et la puce et enfermant completement les fils, le moule ayant une forme telle qu'un bossage (30) de resine, depassant d'au moins 500 micrometres de haut une surface sensible de la puce, soit forme sur au moins un cote de la puce, ce bossage protegeant les fils soudes et o formant un guide de positionnement pour le doigt dont on veut detecter l'empreinte afin que l'empreinte a detecter vienne en regard d'une surface active sensible de la puce lorsque le doigt vient contre le bossage. 2. Procede selon la revendication 1, caracterise en ce qu'un cote au moins de la puce est depourvu de bossage de guidage. 3. Procede selon la revendication 2, caracterise en ce que le capteur est agence pour permettre une detection d'empreinte par glissement du doigt sur la surface active, la puce etant en forme de barrette allongee, et o en ce que le moule est conforme de maniere que deux cotes au moins de la puce solent depourvus de bossage de guidage. 4. Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en que le moule est conforme de maniere que la surface active z5 de la puce soit recouverte d'une fine couche de resine moulee (36) protegeant cette surface. 5. Procede selon la revendication 4, caracterise en ce que, avant mise en place du substrat dans le motile, on place sur la face avant de la o puce de circuit integre, avant mise en place de la puce dans le motile, des entretoises (38) de hauteur calibree contre lesquelles vient s'appuyer le fond du motile, pour definir parfaitement l'epaisseur de resine qui recouvrira la surface sensible du capteur. 0 2339570 6. Procede selon l'une des revendications 4 et 5, caracterise en ce que l'epaisseur des entretoises au-dessus de la surface sensible de la puce est d'une dizaine a quelques dizaines de micrometres. 7. Procede selon l'une des revendications precedentes, caracterise en ce que le bossage fait moins d'un millimetre de haut. 8. Capteur d'empreinte digitale comportant une puce de capteur presentant une surface sensible (12), un substrat pourvu de connexions o electriques (26) et des fils soudes (28) reliant la puce aux connexions electriques, caracterise en ce qu'il comporte une resine de protection moulee recouvrant au moins en partie le substrat et la puce et enfermant completement les fils soudes, et en ce que la resine forme, sur au moins un cote de la puce et sur au plus trots cotes, un bossage s'elevant d'au moins 500 micrometres au-dessus de la surface sensible, ce bossage enfermant les fils soudes et constituent un guide pour un doigt dont on veut detecter l'empreinte. 9. Capteur selon la revendication 8, caracterise en ce que le capteur est agence pour detecter une empreinte lors du glissement d'un doigt perpendiculairement a la direction d'allongement de la puce, celle-ci etant en forme de barrette, un bossage de resine etant prevu sur deux cotes au plus de la puce, ces cotes etant les petite cotes. 10. Capteur selon la revendication 9, caracterise en ce que le