Brevet FR2941316A1 — publié le 20100723

Procédé de fabrication d'un module électronique, notamment pour dispositif d'identification à puce électronique s L'invention concerne un perfectionnement à un procédé de fabrication d'un dispositif d'identification à puce électronique, notamment un dispositif fonctionnant par une communication sans contact ou à contact ou les deux, avec un lecteur du dispositif 10 d'identification. L'invention concerne également la structure du dispositif d'identification obtenue par la mise en oeuvre du procédé. L'invention concerne en outre l'utilisation du dispositif d'identification pour la fabrication de documents d'identification sécuritaires et infalsifiables, >> tels que par exemple des passeports électroniques. On connaît déjà dans l'état de la technique, des procédés de fabrication de dispositifs d'identification radiofréquence, selon lesquels on dispose sur un susbtrat isolant, une électronique radiofréquence constituée par une puce microélectronique reliée à une 20 antenne, puis on lamine par-dessus le substrat pourvu de l'électronique formée par la puce et l'antenne, une ou plusieurs couches de matériaux plus ou moins compressibles, destinés à protéger et à intégrer l'électronique. On connait par ailleurs par le FR 2 882 174-A de la 25 demanderesse, un procédé de fabrication amélioré par rapport à l'état antérieur de la technique. Ce procédé permet notamment de fabriquer des modules électroniques sans contact, ayant une faible épaisseur calibrée, et susceptibles d'être reportés dans des documents d'identification pourvus d'une cavité de réception du module 3o électronique. Ainsi, il est possible de fabriquer de façon économique des documents d'identification, tels que des passeports électroniques, par insertion des modules dans lesdites cavités, sans que les modules 2 insérés ne produisent de surépaisseurs incompatibles avec le fonctionnement ou la durabilité du document d'identification. Le procédé selon le FR 2 882 174-A et les modules électroniques qui en résultent comportent néanmoins certains inconvénients résiduels révélés par l'usage, liés à l'épaisseur du module, à la précision requise pour le positionnement relatif de ses composants, à la formation de bulles d'air entre les couches du module, et à la possibilité de délamination de ces couches. Ces inconvénients seront décrits plus en détail en relation avec la Figure io 1. Un but général de l'invention est par conséquent de proposer un procédé de fabrication de modules électroniques, notamment pour dispositifs d'identification ou pour des modules électroniques pour carte à puce, qui soit à même de résoudre les problèmes techniques is résiduels mentionnés plus haut. Un but plus plus spécifique de l'invention est de proposer un procédé de fabrication amélioré qui conduise à une grande fiabilité dans le temps des dispositifs obtenus. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de 20 fabrication de modules électroniques permettant d'éviter la formation de bulles d'air entre le substrat et l'entretoise, lors de la lamination. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication apte à éliminer la nécessité du recours à une étape de passage au four pour solidifier la résine d'encapsulation de la puce du 25 module. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication permettant d'atteindre une résolution en épaisseur de l'ordre de 10 micromètres pour une épaisseur totale de l'ordre de 300 à 400 micromètres pour l'empilement du substrat et de la couche 30 faisant fonction d'entretoise. 3 Un autre but de l'invention est encore de proposer un procédé de fabrication de modules électroniques, permettant de produire des dispositifs d'identification radiofréquence particulièrement économiques, qui soient adaptés à un grand nombre d'applications, de façon à profiter de volumes de fabrication très élevés, et par conséquent de coûts unitaires moindres. En effet, compte tenu des grandes quantités de dispositifs d'identification et de communication à livrer à des organismes sécuritaires tels que ceux de certains Etats, il est fondamental de disposer d'une technique de fabrication qui soit io d'une grande simplicité, permettant un coût de fabrication faible au regard de l'application envisagée, tout en présentant une fiabilité suffisante pour assurer la durée de vie en question. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de dispositifs électroniques de très faible épaisseur, tels que définis dans >> les revendications. Plus précisément, l'invention à donc pour objet un procédé de fabrication d'un module électronique (20) susceptible d'interagir par contact ou sans contact avec un lecteur, ce procédé comportant des étapes consistant à : - réaliser un circuit électronique sur un substrat fin et flexible ; 20 - disposer sur ledit substrat une couche de matériau faisant office d'entretoise et comportant au moins une cavité dans son épaisseur; - déposer dans chaque cavité de ladite couche d'entretoise une puce microélectronique et connecter électriquement les plots de sortie de la puce microélectronique aux bornes correspondantes du circuit 25 électronique; - protèger la puce microélectronique ainsi connectée, en obturant la cavité renfermant la puce microélectronique à l'aide d'une matière éléctriquement isolante ; caractérisé en ce que pour former la couche d'entretoise, on dépose 30 sur le substrat une couche de résine photosensible, et en ce que pour former ladite cavité, on enlève localement ladite résine photosensible. 4 Ainsi, le module électronique est notamment innovant dans la mesure où la couche entretoise n'est plus réalisée en kapton laminé avec le substrat et uniquement disponible en épaisseur multiple de s 100 micromètres, mais la couche au-dessus du substrat est réalisée par dépôt d'un vernis ou d'une résine dont l'épaisseur peut varier en continu selon la quantité déposée sur le substrat. En outre, le vernis étant photosensible, il peut être durci par un rayonnement de type UV notamment, et certaines zones de sa surface peuvent io être insolées puis traitées par photogravure, notamment pour réaliser les cavités. De plus, la technologie de dépôt d'un vernis, au lieu de la lamination d'une couche perforée, permet d'obtenir une bien meilleure précision de positionnement de la cavité par rapport au susbtrat, en comparaison avec la technique qui consistait à 1s laminer ensemble un substrat et une couche entretoise en kapton. De préférence, la couche de résine ou de vernis a une épaisseur de quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres, ce qui permet de réaliser des modules électroniques particulièrement minces. Ainsi, le substrat flexible et la couche de résine sont chacune 20 d'épaisseur sensiblement uniforme, et la somme de leurs épaisseurs est inférieure à environ 350 micromètres, mais l'épaisseur de la couche de résine est légèrement supérieure à l'épaisseur de la puce microélectronique de façon à former une entretoise pour l'encapsulation ultérieure de la puce. 25 A titre d'exemple de réalisation pratique, on utilisera pour la résine photosensible un produit connu sous la dénomination � Liquid Photoimageable solder mask PSR-4000 AUS21 / CA-40 AUS21 �, ou une résine connue sous la référence DELO 4696/4670. Dans une variante préférée du procédé selon l'invention, celui-ci 30 comporte en outre une étape de dépôt d'un vernis compatible avec le substrat en polyimide, sur le fond de chaque cavité, avant l'insertion de la puce. Cela permet de résoudre le problème éventuel de défaut de compatibilité typiquement entre le polyimide et une résine d'encapsulation sensible aux rayons ultraviolets (notés UV). En effet, tous les types de modules électroniques basés sur un substrat en 5 polyamide, pour des raisons d'incompatibilité chimique, ne peuvent pas être encapsulés avec une résine sensible aux rayons UV. Ainsi, cette variante de l'invention prévoit de déposer une fine couche du vernis précité, comme interface entre le polyimide du susbrat et la résine d'encapsulation sensible aux rayons UV. io Le substrat flexible en polyimide étant typiquement continu et conditionné en rouleau, on assemble alors une pluralité de dispositifs électroniques d'identification par dépôt en continu de résine photosensible sur le substrat et photogravure de la résine, puis on fige la résine photosensible et on individualise les dispositifs 15 électroniques ainsi formés, en réalisant une découpe transversale entre deux dispositifs électroniques contigus. Selon une étape subséquente du procédé, pour obturer la cavité renfermant la puce, on dépose dans la cavité, au-dessus de la puce microélectronique et des connexions aux bornes du circuit, une résine 20 d'encapsulation liquide et photosensible, de façon à remplir sensiblement le volume libre de la cavité, puis on polymérise la résine de la cavité par insolation UV. L'invention a également pour objet un module électronique, caratérisé en ce qu'il est obtenu à l'aide du procédé de fabrication tel 25 que décrit précédemment. L'invention a en outre pour objet l'utilisation de ce module électronique pour la fabrication d'un passeport comportant une ou plusieurs feuilles revêtues d'informations d'identification de son porteur, l'une des feuilles du passeport comportant un évidement apte 30 à recevoir le module électronique. 6 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 illustre en vue de dessus une bande de substrat 5 surmontée d'une couche d'entretoise laminée conformément au procédé de fabrication selon l'état de la technique ; - la figure 2 illustre en vue en coupe un module électronique obtenu selon le procédé de fabrication conforme à l'état de la technique ; Io - la figure 3 illustre en vue en coupe un module électronique obtenu selon le procédé de l'invention ; - la figure 4 illustre en vue en coupe un module électronique obtenu selon une autre variante du procédé selon l'invention. On se réfère aux figures 1 et 2 qui illustrent respectivement en is vue de dessus et en coupe une bande de substrat 21 surmontée d'une couche d'entretoise laminée 22, conformément au procédé de fabrication connu dans l'état de la technique. Ainsi, après individualisation par découpe comme schématisé par le trait interrompu 33 en figure 1, chaque dispositif d'identification 20 radiofréquence 20 comporte un substrat 21 sur lequel on a disposé une feuille 22 en kapton, d'épaisseur faible et calibrée, contribuant à la manière d'une entretoise, à l'obtention d'une épaisseur fine et calibrée pour le dispositif 20. La terminologie d'entretoise tient au fait que, lors du report du module électronique 20 dans un dispositif 25 d'identification, comme un passeport électronique, la puce sera protégée pendant les étapes de fabrication du passeport, par la feuille 22 agissant à l'égard des feuilles du passeport comme une entretoise. Cette feuille 22 comporte dans son épaisseur une ou plusieurs perforations formant des réservations ou cavités 23, à l'endroit prévu 3o pour recevoir une puce microélectronique 24 provenant d'une plaquette tronçonnée par sciage. 7 La feuille de susbstrat 21 est configurée en bande, par exemple de 35 mm de largeur, enroulée en rouleau, et surmontée de la feuille perforée 22 également disponible en bande. La bande de substrat 21 comporte sur ses côtés des trous d'entrainement 32 destinés à coopérer avec les picots d'une machine (non représentée) de laminage, de façon à entrainer la bande de substrat 21. La bande de matériau de la feuille perforée 22 comporte des cavités 23 régulièrement espacées dans lesquelles il est prévu de disposer une puce microélectronique 24 et la résine 29 comme décrit précédemment. On aperçoit au fond de chaque cavité 23, les bornes 26 de chaque antenne réalisée sur la bande de substrat 21 par une des techniques connues, par exemple le dépôt de matière conductrice. Le substrat 21 est relativement flexible. Réalisé notamment en polyimide ou en polyépoxy, il est à l'origine continu et conditionné en is rouleau et est revêtu sur au moins un de ses faces, d'un très mince film adhésif, représenté en figure 2 par la référence 30. Un premier problème avec ce procédé de fabrication connu tient au fait que le matériau du substrat et de l'entretoise, tous deux fournis en rouleaux, n'existent dans le commerce qu'avec des 20 épaisseurs disponibles par paliers de 100 micromètres. Ainsi, il existe des matériaux ayant 100 ou 200 micromètres d'épaisseur, mais il n'existe pas de substrats ou d'entretoises ayant, par exemple, 120 ou 140 micromètres d'épaisseur. Or, certaines demandes du marché requièrent que l'on puisse atteindre des résolutions en matière 25 d'épaisseur, allant jusqu'à 10 micromètres, afin de mieux contrôler l'épaisseur finale du module électronique intégrant les couches de substrat et d'entretoise. Un second problème tient au fait qu'avec le procédé d'assemblage par lamination du substrat 21 et de la couche 3o d'entretoise 22, la précision du positionnement relatif entre la couche de substrat et la couche d'entretoise ne peut se faire qu'avec une 8 précision de l'ordre de +/- 150 micromètres, alors que les demandes récentes du marché requièrent plutôt une précision de positionnement de l'ordre de +/- 75 micromètres. Un autre problème qui a été constaté est celui de l'apparition de s bulles d'air lors de la lamination du substrat 21 en polyimide et de l'entretoise 22 en kapton. En effet, compte tenu de la nature de ces matériaux, il est prévu dans l'état de la technique d'utiliser une très fine interface adhésive 30 de quelques micromètres entre les deux couches. Lors de la lamination, des bulles d'air peuvent se former et w rester emprisonnées dans certaines zones de l'interface, ce qui peut affaiblir la résistance du produit final par rapport à la délamination des couches, voire générer de légers défauts de planeité à la surface du produit laminé. Par ailleurs, comme cela est décrit en détail dans le document 15 antérieur déjà cité, l'entretoise en kapton comporte des trous qui forment des cavités 23 aptes à recevoir une puce microélectronique 24. Comme représenté en figure 2, la puce une fois en place et électriquement connectée à un circuit électrique comme une antenne par exemple, est recouverte d'une résine d'encapsulation 29, encore 20 appelée résine de � potting � en terminologie anglo-saxonne. Il s'agit d'une résine thermique qui pour se solidifier doit passer au four, ce qui représente une étape longue qui alourdit et renchérit le procédé de fabrication. En outre, après le remplissage de la cavité 23 par la résine et 25 après le durcissement de la résine, la tenue mécanique au niveau des parois latérales de la cavité n'est assurée que par la force de cohésion entre la résine durcie, et le matériau de l'entretoise 22. Cette cohésion peut être amoindrie dans le temps, notamment lorsque le produit final incorporant le module électronique est soumis à des 3o flexions mécaniques, ce qui est souvent le cas pour des cartes à puce ou des passeports électroniques, par exemple. 9 Le cumul des problèmes et inconvénients cités ci-dessus peut également vite devenir gênant lorsque les modules électroniques sont incorporés dans les nouveaux passeports électroniques, qui prévoient des cahiers des charges très contraignants en ce qui concerne leur résistance mécanique, ou leur durée de vie qui doit être de plusieurs années, en particulier de dix ans en Europe. On se réfère maintenant à la figure 3 qui illustre en vue en coupe un module microélectronique 40 obtenu selon le procédé de l'invention . Selon l'invention, au lieu de laminer sur le substrat une w feuille d'entretoise en kapton, on dépose une résine adhésive 31 sur le substrat, avec une épaisseur voulue, qui n'est pas limitée par des paliers de 100 micromètres. La couche de résine 31 a donc une épaisseur de quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres. La résine 31 est une résine photoimageable, 15 notamment sensible aux rayons UV. Ainsi, pour réaliser ensuite les cavités 23, on insole les parties correspondantes de la surface de la résine déposée, puis on procède à la photogravure des cavités 23. Cette façon de procéder augmente également notablement la précision de position des cavités, puisqu'il n'est plus nécessaire 20 d'ajuster en continu la position relative de deux bandes de matériau, à savoir une bande de substrat et une bande entretoise. Une fois les cavités 23 réalisées dans la couche de vernis 31, une puce électronique 24 est déposée de façon classique dans chaque cavité 23 et collée sur le substrat 21 au moyen d'une colle qui peut 25 être électriquement conductrice ou électriquement isolante (procédé connu sous le nom de � die attach � en terminologie anglosaxonne. On dispose la face active de la puce de façon que ses plots de sortie 25 soient orientés vers l'ouverture de la cavité 23. Les plots de sortie 25 de la puce sont ensuite connectés électriquement aux bornes 26 3o correspondantes du circuit électrique ou de l'antenne 27 en utilisant une technique de microcâblage connue en elle-même, dite de � wirebonding � en terminologie anglosaxonne, qui consiste à réaliser par 10 des fils conducteurs 28 et des soudures, la connexion des plots de sortie 25 de la puce 24 avec le bornier de contacts 26 de la plaque de circuit imprimé. Lorsque les connexions électriques 28 sont réalisées, on effectue un enrobage de la puce câblée en boitier (opération dite de � potting � en terminologie anglosaxonne), qui consiste à protéger la puce 24 et les fils de connexion 28 soudés, ou les protubérances conductrices, le cas échéant, en remplissant le reste de la cavité 23 avec la résine d'encapsulation liquide 29, et on polymérise ensuite la io résine pour la faire durcir. De cette façon, la cavité 23 est remplie et obturée et on obtient un dispositif module électronique 40 particulièrement fin, et d'épaisseur particulièrement calibrée. Selon un aspect de l'invention, la résine d'encapsulation 29 n'est plus une résine thermodurcissable comme connu dans l'état de la is technique, mais une résine durcissable par une exposition à un rayonnement, notamment un rayonnement UV. Cela permet d'éviter le passage au four, et permet d'accélerer très notablement le procédé de fabrication. On se réfère maintenant à la figure 4 pour décrire un mode de 20 réalisation préféré de l'invention. En effet, les résines photosensibles susceptibles d'être utilisées comme résine d'encapsulation 29 sont typiquement peu compatibles, d'un point de vue chimique, avec le substrat 21 en polyimide, ce qui peut nuire à la bonne résistance du dispositif en cas de flexions répétées, qui peuvent par conséquent 25 provoquer la délamination du dispositif. Afin de remédier à ce problème, le procédé selon l'invention prévoit en outre une étape de dépôt d'une fine couche de vernis 34 compatible avec le substrat 21 en polyimide, sur le fond de chaque cavité 23, avant l'insertion de la puce 24. Ce vernis 34 peut 3o avantageusement avoir la même composition que la résine 31 évoquée plus haut et utilisée pour la réalisation de la couche entretoise. 2941316 >> En ce qui concerne les dimensions du dispositif d'identification radiofréquence 40 selon l'invention, elles pourront dépendre des applications finales, et notamment de la portée recherchée qui conditionne la taille de l'antenne 27. En pratique, les 5 dispositifs d'identification 40 destinés à communiquer à faible distance et à être incorporés dans des passeports ou des supports analogues, pourront avoir des dimensions tout à fait réduites, par exemple une longueur comprise entre environ 14 mm et environ 25 mm, une largeur comprise entre environ 13 mm et environ 19 mm, et une io épaisseur inférieure à environ 350 micromètres. L'invention répond aux buts fixés. En effet, le procédé de fabrication ne fait pas appel à un adhésif laminé entre le substrat et la couche formant entretoise, ce qui permet d'éviter la formation de bulles d'air entre le substrat et l'entretoise. En outre, grâce à l'emploi 1s d'une résine d'encapsulation photosensible en lieu et place de la résine thermique habituelle, il n'est plus nécessaire d'avoir recours à une étape de passage au four pour solidifier la résine d'encapsulation, ce qui accélère notablement le temps de fabrication. 20 La tenue mécanique du vernis sur la surface du substrat ainsi que sur les cavités renfermant les puces, est bien supérieure à celle du dispositif connu, ce qui contribue à une meilleure tenue dans le temps du dispositif en usage normal. De plus, du point de vue de la sécurité, il faut noter que du fait de la forte tenue du 25 vernis, toute tentative de délamination entrainera la destruction du module électronique, ce qui réduit les possibilités de fraude sur le produit. De plus, l'utilisation d'un dépôt de résine pour obtenir la couche d'entretoise, au lieu de la lamination d'une bande de kapton, permet 3o de choisir très finement l'épaisseur de couche d'entretoise, ce qui permet de s'adapter à l'épaisseur requise, autrement que par paliers 12 de 100 micromètres. En conséquence, une épaisseur totale de l'ordre de 300 à 400 micromètres est aisée à atteindre pour l'empilement du substrat et de la couche faisant fonction d'entretoise. Par la suite, il suffit d'individualiser les modules unitaires par découpage à partir de la bande souple formée par le substrat et son vernis, pour obtenir des modules électroniques en forme de pastilles de dimensions réduites et d'épaisseur très faible et calibrée. Ces pastilles peuvent ensuite être reportées, notamment pas collage, laminage ou d'autres techniques connues, dans des supports tels que io des corps de cartes à puce, ou des feuilles destinées à la fabrication de passeports, ou de tout autre document d'identification. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un module électronique (40) susceptible d'interagir par contact ou sans contact avec un lecteur, ce procédé comportant des étapes consistant à : - réaliser un circuit électronique (27) sur un substrat (21) fin et flexible ; - disposer sur ledit substrat (21) une couche de matériau faisant office d'entretoise (22) et comportant au moins une cavité (23) dans son épaisseur; - déposer dans chaque cavité (23) de ladite couche d'entretoise (22) une puce microélectronique (24) et connecter électriquement les plots de sortie (25) de la puce microélectronique (24) aux bornes correspondantes (26) du circuit électronique (27); - protèger la puce microélectronique (24) ainsi connectée, en obturant la cavité (23) renfermant la puce microélectronique (24) à l'aide d'une matière éléctriquement isolante ; caractérisé en ce que pour former la couche d'entretoise (22), on dépose sur le substrat (21) une couche de résine photosensible (31), et en ce que pour former ladite cavité (23), on enlève localement ladite résine photosensible. 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce 25 que l'enlèvement localisé de la résine photosensible (31) au niveau de la cavité (23) est réalisé par photogravure. 14 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de résine (31) a une épaisseur de quelques micromètres à quelques dizaines de micromètres. 4. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine photosensible (31) est une résine sensible aux rayons UV. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de de dépôt d'un vernis (34) chimiquement compatible avec le substrat (21) en polyimide, sur le fond de chaque cavité (23), avant l'insertion de la puce microélectronique (24). 6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat flexible (21) et la couche de résine (31) sont chacune d'épaisseur sensiblement uniforme, la somme de leurs épaisseurs étant inférieure à environ 350 micromètres, et l'épaisseur de la couche de résine (31) étant constante et légèrement supérieure à l'épaisseur de la puce microélectronique (24) de façon à former une entretoise pour l'encapsulation de la puce. 7. Procédé de fabrication selon la revendication 6, caractérisé en ce que le substrat flexible (21) étant continu et conditionné en rouleau, on assemble une pluralité de modules électroniques (40) par dépôt en continu de résine photosensible (31) sur le substrat suivi d'une étape de photogravure de la résine (31), puis on individualise les modules électroniques (40) ainsi formés, en réalisant une découpe transversale (33) entre deux dispositifs électroniques (40) contigus. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour obturer la cavité (23) renfermant la puce microélectronique (24), on dépose dans la cavité (23), au-dessus de la puce microélectronique (24) et des connexions (28) aux bornes de l'antenne, une résine d'encapsulation liquide (29) et photosensible, de façon à remplir sensiblement le volume libre de la cavité (23), puis on polymérise la résine par insolation UV. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce le circuit électronique (27) est une antenne connectée aux bornes de la puce microélectronique de façon à autoriser pour le module électronique (40) une communication par voie radiofréquence avec un lecteur distant. 10. Module électronique (40), caratérisé en ce qu'il est obtenu à l'aide du procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Utilisation d'un module électronique (40) selon la revendication 10, pour la fabrication d'un passeport comportant une ou plusieurs feuilles de matériau revêtues d'informations d'identification de son porteur, l'une des feuilles du passeport comportant un évidement apte à recevoir le module électronique (40).25