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FR2894714A1 - Procede de connexion d'une puce electronique sur un dispositif d'identification radiofrequence - Google Patents

Procede de connexion d'une puce electronique sur un dispositif d'identification radiofrequence Download PDF

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FR2894714A1
FR2894714A1 FR0512615A FR0512615A FR2894714A1 FR 2894714 A1 FR2894714 A1 FR 2894714A1 FR 0512615 A FR0512615 A FR 0512615A FR 0512615 A FR0512615 A FR 0512615A FR 2894714 A1 FR2894714 A1 FR 2894714A1
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electronic chip
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Christophe Halope
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Abstract

L'invention concerne un procédé de connexion d'une puce électronique (10) sur des plots de connexion (47 et 48) d'un circuit électrique et destinés à recevoir la puce, la puce étant munie de deux plaques conductrices (31 et 32) situées sur la dernière couche constitutive de la puce, au moins une des plaques étant totalement recouverte d'une couche électriquement isolante (34), le procédé comprenant les étapes suivantes :- déposer une matière diélectrique adhésive (40) sur le circuit entre les plots de connexion (47, 48), de façon à maintenir la puce électronique (10) en position fixe par rapport au circuit,- positionner la puce électronique (10), sur le circuit de manière à ce que les plaques conductrices (31 et 32) soient en regard des plots de connexion (47 et 48) du circuit électrique, de façon à créer au moins une liaison capacitive entre la puce et le circuit électrique constituée de la plaque conductrice (31 ou 32), de la couche électriquement isolante recouvrant totalement ladite plaque et du plot de connexion (47 ou 48).

Description

La présente invention concerne les moyens de connexion des circuits
intégrés sur des circuits électriques et concerne en particulier un procédé de connexion d'une puce électronique sur un dispositif d'identification radiofréquence. Dans le domaine des semi conducteurs, les circuits intégrés ou puces électroniques de très petite taille sont largement utilisés dans de nombreux domaines dont celui des cartes à puces, celui des étiquettes et cartes d'identification radiofréquence appelé communément le domaine du RFID. Pour être reliés aux circuits électriques, les circuits intégrés comportent plusieurs moyens de contact aptes à venir se connecter aux plages de contact du circuit, leur nombre variant en fonction de l'application.
Dans le domaine du RFID, le nombre de contacts du circuit intégré varie généralement entre 2, 3 et 4. Le processus de fabrication d'un semi-conducteur est basé sur l'utilisation d'un procédé photographique complexe pour réaliser le masque de chaque couche. Selon la complexité du circuit intégré, il peut y avoir jusqu'à 20 à 30 couches. Sur les dernières couches sont disposées des niveaux de métallisation qui consiste à déposer de l'aluminium ou du cuivre. Le dernier niveau de métallisation situé à la périphérie du circuit intégré sur la dernière couche constitutive de la puce est réalisé lors des dernières étapes de fabrication du circuit intégré et comprend des plaques conductrices. Ces plaques conductrices seront utilisées ensuite pour recevoir les moyens de contact qui serviront à connecter le circuit intégré sur son circuit électrique de destination. La dernière étape de fabrication du circuit intégré est la réalisation d'une couche de passivation sur la face du circuit intégré où affleurent les plaques conductrices. Cette couche de passivation consiste en une couche de matière isolante d'épaisseur constante de quelques microns et comportant des ouvertures situées en regard des plaques conductrices de façon à permettre un contact ohmique de résistance électrique quasi nulle avec le moyen de connexion. Une des techniques utilisées pour effectuer les connexions électriques entre la puce électronique et le circuit sur lequel il s'insère consiste à utiliser le câblage par fil (traduction de wire bonding). En référence à la figure 1, le câblage est simplement réalisé par des fils 14 (ou bond) soudés entre les deux plots de connexion prévus à cet usage sur chacun des éléments à connecter ensemble. La soudure des fils en aluminium, en or ou en cuivre est généralement réalisée par ultrasons. Le diamètre du fil est de l'ordre de 25 m (micromètres). Afin de protéger les fils, la puce 10 est généralement encapsulé dans un boîtier 16, face active sur le dessus. Les fils sont câblés sur les plaques conductrices 12 affleurantes à la face active de la puce 10. La seconde extrémité des fils est connectée à des pattes de connexion rigide 18 solidaires du boîtier 16 et destinées à être soudées au circuit de destination. Ainsi, les moyens de contacts entre la puce et les plots de connexion du circuit de destination comprennent d'une part des contacts filaires conducteurs entre les plaques conductrices situées sur le dernier niveau de métallisation de la puce et les pattes rigides 18 du boîtier 16 et d'autre part des soudures entre les pattes rigides 18 et les plots de connexion du circuit de destination. Ce moyen de contact a l'avantage de procurer grâce aux pattes 18 et au boîtier 16 de grosses tailles par rapport à la puce. Le boîtier 16 généralement en matière plastique apporte une inertie thermique supplémentaire importante et permet de limiter les variations de température de la puce. L'inconvénient d'un tel montage réside dans le fait qu'il est coûteux. De plus, son épaisseur est importante du fait des fils de connexion, du boîtier et des pattes. Ainsi, la taille d'un tel montage le rend inadapté aux cartes à puces, aux étiquettes et cartes d'identification radiofréquence qui présente une épaisseur inférieure à 1 mm. Enfin, la taille des fils demande une précision élevée lors du montage, de l'ordre de quelques dizaines de micromètres. Une deuxième façon de réaliser les montages de circuits intégrés ou puces électroniques est basée sur une autre technique d'assemblage dans laquelle la puce est retournée, il s'agit de la technique "Flip Chip". Cette technique se caractérise par une connexion directe de la face active de la puce sur le circuit électrique de destination, contrairement à la technique de câblage de type "vire Bonding" et est représentée en coupe sur la figure 2. Cette technique consiste à venir déposer une boule de matériau conducteur 20 appelé communément "bump" généralement en or sur chacune des plaques conductrices 12 de la puce 10 dans les ouvertures d'une couche électriquement isolante 34 qui représente la couche de passivation située sur la face active de la puce. La puce est alors connectée par sa face active sur le circuit électrique de destination 22 par contact des boules de matériau conducteur sur les plages de contact 24 du circuit électrique ; les plages de contact étant placées de façon à reproduire l'emplacement des boules de matériau conducteur. Pour une telle technique de montage, les moyens de contact entre la puce et les plots de connexion du circuit de destination consiste en une boule de matériaux conducteurs en contact entre les deux parties. L'inconvénient d'un tel montage réside dans la précision du positionnement, la taille des boules de matériau conducteur et celle des plaques conductrices de la puce étant de l'ordre de 100 m, cela rend le montage délicat. De plus, l'étape qui consiste à venir déposer les boules de matériau conducteur représente un coût non négligeable dans le procédé de fabrication des circuits intégrés ou puces électroniques. Les deux techniques traditionnelles de montage utilisées pour la connexion des puces électroniques et décrites précédemment consiste donc à réaliser une liaison ohmique et nécessite l'ajout d'un matériau conducteur pour le contact entre la puce et le circuit électrique sur lequel elle s'insère. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un procédé de montage de la puce sur un circuit électrique ne nécessitant pas de moyens de contacts ajoutés à la puce pour réaliser la connexion entre la puce et le circuit électrique. L'objet de l'invention est donc un procédé de connexion d'une puce électronique sur des plots de connexion d'un circuit électrique et destinés à recevoir la puce, la puce étant munie de deux plaques conductrices situées sur la dernière couche constitutive de la puce, au moins une des plaques étant totalement recouverte d'une couche électriquement isolante, le procédé comprenant les étapes suivantes : - déposer une matière diélectrique adhésive sur le circuit entre les plots de connexion, de façon à maintenir la puce électronique en position fixe par rapport au circuit, - positionner la puce électronique, sur le circuit de manière à ce que les plaques conductrices soient en regard des plots de connexion du circuit électrique, de façon à créer au moins une liaison capacitive entre la puce et le circuit électrique constituée de la plaque conductrice, de la couche électriquement isolante recouvrant totalement la plaque et du plot de connexion. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : La figure 1 représente une technique de montage des puces utilisant des fils conducteurs, La figure 2 représente une technique de montage des des puces utilisant les bumps , La figure 3 représente une vue en coupe de la puce selon 35 l'invention, La figure 4 représente une vue en coupe du support du circuit électrique après l'étape de dépôt de la matière diélectrique, La figure 5 représente une vue en coupe du support du 5 circuit électrique après l'étape de positionnement de la puce, La figure 6 représente un objet portable sans contact vue de dessus sur lequel est connectée une puce selon l'invention. 10 Selon la figure 3 qui représente un schéma en coupe, la puce ou le circuit intégré 10 comprend deux plaques métalliques 31 et 32 correspondant à des métallisations réalisées au dernier niveau de la puce. Dans les techniques de montage par fils conducteurs ou par boules de matériau 15 conducteur, ces plaques métalliques représentent les plages de contact sur lesquelles viennent se connecter les moyens de contact en vue d'une liaison ohmique entre la puce et le circuit électrique sur lequel il est monté. Dans le cadre de l'invention, au moins une des plaques métalliques est 20 réalisée de taille plus grande par rapport à celles utilisées pour la connexion des circuits intégrés par les méthodes traditionnelles donc par contact ohmique. Le mode de réalisation préféré de l'invention décrit deux plaques métalliques identiques pour réaliser deux connexions selon 25 l'invention. Dans ce cas, pour une puce de taille 1 mm x 0,6 mm, la taille de chaque plaque métallique est de l'ordre de 200 m x 500 m. De plus, la couche de électriquement isolante qui est réalisée en dernier sur la face active de la puce, c'est à dire la face comportant les 30 plaques métalliques, ne comporte aucune ouverture contrairement aux puces électroniques adaptées pour se connecter par des moyens de contact de type ohmique. La couche électriquement isolante 34 est réalisée sur la totalité de la surface active de la puce de façon à former 35 une couche isolante d'épaisseur uniforme en générale inférieur à 3 m.
Selon la figure 4, le support 46 sur lequel vient se connecter la puce est représenté en coupe. Il peut s'agir d'un support en matériau souple tel qu'un support en papier sur lequel est imprimée une antenne par impression de type sérigraphie, flexographie, héliogravure, offset ou jet d'encre. Ou bien, il peut s'agir d'un circuit électrique quelconque comme une carte électronique par exemple. L'antenne représentée par les deux morceaux de pistes 67 et 68 comporte deux plots de connexion 47 et 48 également réalisés de la même façon que l'antenne et dans le prolongement de celle-ci afin de connecter la puce et l'antenne. L'encre conductrice utilisée est préférentiellement une encre polymère chargée en éléments conducteurs tels que l'argent, le cuivre ou le carbone. Une matière diélectrique adhésive 40 est déposée sur le support 46, entre les deux plots de connexion 47 et 48. Cette matière adhésive est déposée avant de placer la puce sur le support. Une fois que la matière adhésive est déposée, la puce est positionnée sur le support 46 de manière à ce que les plaques métalliques 31 et 32 de la puce soient en regard des plots de connexion 47 et 48 de l'antenne. Peu importe que l'encre constituant les plots de connexion 47 et 48 soient sec ou pas. Une pression est exercée sur la puce.
Sous l'effet de la pression exercée, la matière diélectrique adhésive 40 s'étale et vient recouvrir toute la surface de la puce entre les plots de connexion 47 et 48. Elle permet alors de maintenir l'assemblage de la puce 10 sur le support 46 et en particulier pour maintenir la puce 10 en position fixe sur le support. Une liaison capacitive est ainsi réalisée entre la plaque métallique 31 et le plot de connexion 47. De même, une liaison capacitive est ainsi réalisée entre la plaque métallique 32 et le plot de connexion 48. La valeur de la capacité obtenue est proportionnelle à la surface des plaques en regard et à la valeur de la permittivité de la couche d'isolant qui les sépare et est inversement proportionnelle à l'épaisseur de cette couche d'isolant. La permittivité est exprimée en farads par mètre (F/m). Elle peut aussi être exprimée par une quantité adimensionnelle: la permittivité relative ou constante diélectrique, normalisée par rapport à la permittivité du vide Eo (Epsilon0) = 8,854187x10-12F/m. La permittivité du matériau est alors égale à e = so * ER. (Epsilon = EspislonO * Epsilon R) Quelle que soit l'épaisseur de la couche électriquement isolante dite couche de passivation, la valeur usuelle de la permittivité relative est de l'ordre de 4 pour les matériaux utilisés dans la fabrication des puces. D'une façon générale, l'épaisseur de la couche électriquement isolante est de l'ordre de 3 m. Un objet portable sans contact 60 tel qu'une carte à puce ou un ticket est représenté vue de face sur la figure 6. L'antenne 62 comporte deux pistes conductrices 67 et 68 se terminant par deux plots de connexion, similaires aux deux plots 47 et 48 décrits précédemment. La puce 10 est connectée à l'antenne selon le procédé de l'invention.
Chaque connexion formée d'une plaque métallique, d'une couche d'isolant et d'un plot de connexion forme un condensateur. En effet, un condensateur ou une capacité étant constitué de deux plaques conductrices séparées par un isolant électrique, la liaison capacitive représentée par la connexion réalisée selon le procédé de l'invention est constituée pour une des plaques conductrices par un plot de connexion ou plaques conductrices 31 ou 32 au sein même de la puce électronique 10, pour l'isolant par la couche électriquement isolante ou couche de passivation de la puce électronique et pour la seconde plaque conductrice par les plots de connexion 47 et 48 du circuit électrique et destinés à recevoir la puce. La valeur de la capacité nécessaire dépendra de l'impédance du circuit à connecter, à la fréquence de fonctionnement désirée, ce afin de réaliser l'impédance optimum de la puce pour son adaptation (communément appelée en anglais matching network ) à l'impédance de l'antenne.
L'objet de l'invention s'adapte de préférence pour les domaines de la bande à partir des Ultra Hautes Fréquences (UHF) de l'ordre du GHz et en particulier supérieure à 860 MHz (fréquence de 1 GHz selon la norme ISO 18000-6 et fréquence de 2,45 GHz selon la norme ISO 18000-4). En effet, les puces utilisées pour de telles fréquences ont une impédance complexe d'entrée de l'ordre de Z = 20 - j*100 Ohms, ce qui correspond par exemple à un circuit électrique contenant une résistante et un condensateur en série, donc un circuit RC dont la valeur de la capacité est de l'ordre de 800 fF. Lorsque la puce est intégrée à un circuit électrique et que les signaux échangés entre la puce et le circuit sont des signaux en hautes fréquences, il est toujours nécessaire de réaliser un élément ou réseau d'adaptation rajouté en sortie de la puce ou pas. Cette adaptation permet d'optimiser le transfert de puissance du signal échangé ou d'optimiser les performances en bruit c'est à dire diminuer les signaux aléatoires et non désirés se superposant aux signaux utiles. L'adaptation est réalisée grâce à un réseau de composants tels que capacité ou inductance. Le dispositif selon l'invention permet de rajouter au modèle RC de la puce une capacité en série qui joue le rôle d'élément d'adaptation de façon à permettre une adaptation optimum entre la puce et le réseau électrique auquel elle est connectée. Dans les cas de dispositifs RFID, le réseau connecté à la puce est une antenne. La valeur de la capacité de la liaison capacitive réalisée entre la puce et l'antenne telle que définie par l'invention est prise en compte dans l'adaptation de l'antenne à la puce et permet donc d'optimiser cette adaptation. Donc pour adapter l'impédance d'entrée de la puce à l'impédance du circuit et par exemple pour une partie imaginaire de l'impédance d'entrée de la puce correspondant à 800 fF (femto Farad), un diélectrique d'épaisseur e = 3 m et correspondant à la couche d'isolant de permittivité relative ER (Epsilon R) de l'ordre de 4, on en déduit la surface nécessaire des plaques de connexions en regard selon la formule C = Fo * ER * S / e (C = Epsilon 0 * Epsilon R*S / e). La surface nécessaire est de l'ordre de 6,8 10-6 m2 ce qui correspond par exemple à une surface de 200 m x 340 m. Pour réaliser l'invention avec des puces RFID dans la gamme des fréquences UHF, soit des fréquences de l'ordre du giga Hertz, il faudra donc prévoir des plaques conductrices de surface au moins égale à 200 m x 340 m. Pour une partie imaginaire de l'impédance d'entrée de la puce supérieure à 800 fF, on peut prévoir des plaques conductrices de surface inférieure à 200 pm x 340 m. La liaison capacitive réalisée selon le procédé de l'invention contribue donc au réglage de l'adaptation de la puce et du circuit sur lequel elle s'insère donc dans notre cas de la puce à l'antenne et représente même un élément primordial du réseau d'adaptation. Lorsqu'il s'agit d'un objet portable sans contact de type étiquette RFID fonctionnant dans les Ultra Hautes Fréquences, la liaison capacitive réalisée alors entre la puce et l'antenne et telle que définie par l'invention est prise en compte également dans le réglage de l'accord de l'antenne à la puce. En effet, l'antenne doit être accordée à la fréquence de fonctionnement du lecteur. Le procédé selon l'invention a l'avantage de faciliter la mise en place de la puce sur les plots de connexion du circuit de destination. En effet, la taille des plaques métalliques étant très importante devant la taille de la puce, la précision du montage selon le procédé de l'invention est bien inférieure à celle requise pour le montage des puces selon la technique d'assemblage de type flip chip telle que décrite précédemment et dans laquelle la connexion se fait par l'intermédiaire des bumps de la puce dont le diamètre est inférieur à 100 m. Ainsi, avec une puce dont la face active est de forme rectangulaire et dans laquelle les plaques métalliques se situent le long des petits côtés du rectangle de façon symétrique par rapport à l'axe de symétrie parallèle aux petits côtés du rectangle, le positionnement de la puce sera possible juste par repérage du grand côté et du petit côté de la face active de la puce. Ainsi, lors du montage de la puce sur le circuit électrique de destination, la forme rectangulaire de la face active et la disposition symétrique des plaques conductrices permettent de s'affranchir de l'orientation de la puce suivant le grand côté puisque les deux orientations sont possibles. De plus, de part la grande taille des plaques conductrices, cela permet d'augmenter les tolérances lors du montage de la puce. De cette façon, le temps gagné sur la phase de repérage des bumps de la puce et le relâchement des tolérances de montage permet d'augmenter les cadences de montage des puces sur les circuits destiné à les recevoir et donc de réduire les coûts de production. En outre, le fait que la couche de matière isolante recouvre totalement la ou les plaques conductrices de la face active de la puce, les plaques métalliques sont protégées contre les pollutions, diffusions, migrations et autres phénomènes électriques venant altérer la qualité et la fonctionnalité de la puce électronique.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé de connexion d'une puce électronique (10) sur des plots de connexion (47 et 48) d'un circuit électrique et destinés à recevoir ladite puce, ladite puce étant muni de deux plaques conductrices (31 ou 32) situées sur la dernière couche constitutive de la puce, au moins une des plaques étant totalement recouverte d'une couche électriquement isolante (34), ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - déposer une matière diélectrique adhésive (40) sur ledit circuit entre les plots de connexion (47, 48), de façon à maintenir ladite puce électronique (10) en position fixe par rapport au circuit, - positionner la puce électronique (10), sur ledit circuit de manière à ce que lesdites plaques conductrices (31 et 32) soient en regard des plots de connexion (47 et 48) du circuit électrique, de façon à créer au moins une liaison capacitive entre la puce et le circuit électrique constituée de la plaque conductrice (31 ou 32), de la couche électriquement isolante recouvrant totalement ladite plaque et du plot de connexion (47 ou 48).
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit circuit électrique est un dispositif d'identification par radio-fréquence comprenant une antenne (62, 67, 68) disposée sur un support (46), ladite antenne comprenant deux plots de connexion (47 et 48).
3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel 30 ladite antenne est obtenue par impression d'une encre conductrice sur ledit support (46).
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel ledit dispositif radiofréquence fonctionne dans des 35 domaines de fréquence supérieures à 860 MHz. 20 25
5. Procédé selon la revendication 3 ou 4 dans lequel la taille de ladite plaque conductrice (31 ou 32) formant une liaison capacitive avec le circuit électrique est de l'ordre de 200 pin x 500 4m.
6. Procédé selon la revendication 3, 4 ou 5 dans lequel lesdites plaques conductrices (31 et 32) sont situées de façon symétrique sur ladite puce (10) par rapport à l'axe de symétrie parallèle au petit côté de la face active de la puce lorsque celle-ci est de forme rectangulaire.
7. Procédé selon l'une des revendications précédents dans lequel la couche électriquement isolante (34) est une 15 couche dite de passivation d'épaisseur de l'ordre de 3 m.
8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel ledit support (46) est en matière fibreuse telle que du papier.
9 Procédé selon l'une des revendications 3 à 8, dans lequel l'encre utilisée pour réaliser ladite antenne et lesdits plots de connexion est une encre polymère chargée en éléments conducteurs en argent.
10 Procédé selon l'une des revendications 3 à 9, dans lequel l'encre utilisée pour réaliser ladite antenne est une encre polymère chargée en éléments conducteurs en carbone. 30 11 Procédé selon l'une des revendications 3 à 10 dans lequel la valeur de la capacité de ladite liaison capacitive est prise en compte dans l'adaptation de ladite antenne à ladite puce. 3512. Dispositif d'identification par radiofréquence de type carte ou étiquette comprenant une puce électronique et une antenne connectée ensemble selon l'une des revendications 1 à 11.
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