WO1992015118A1 - Procede d'assemblage en continu de bandes a motifs et micromodule de circuit integre obtenu par ledit procede - Google Patents

Procede d'assemblage en continu de bandes a motifs et micromodule de circuit integre obtenu par ledit procede Download PDF

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WO1992015118A1
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dielectric
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Jean Pierre Gloton
Damien Laroche
Joël TURIN
Michel Fallah
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Gemplus Card International
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Definitions

  • the present invention relates to a continuous assembly process for patterned strips.
  • the micromodules are formed by a set of elements made up of: an integrated circuit chip, metal contacts serving to connect the micromodule with external devices, connecting wires to connect the chip to the metal contacts and d a protection formed by a resin covering the chip, the connecting wires, and, partially, the metal contacts.
  • a first known method consists in transferring the chip onto a metal strip precut in the form of a conductor grid, in soldering the chip to a region of this grid where it is connected by wires soldered to other areas of the grid, to coat the chip and the wires with a drop of epoxy or silicone type protective resin, leaving the grid conductors partially stripped, to cut the metal strip into individual micromodules each comprising a coated chip and stripped external contacts and to stick the micromodule in a surface cavity of a plastic card, so that portions of grids not coated with resin are flush and constitute the external connector of the card.
  • the strip metallic pre-cut starting point is replaced by a metallized dielectric strip engraved according to a connection pattern to be determined.
  • the dielectric strip in this case forms the main support of the chip.
  • the connections are very thin and are obtained by pre-depositing a metal layer on the plastic photoetching strip of this metal layer.
  • the chip is connected by wires welded to areas of the metallized layer.
  • This patent application relates to a method of manufacturing a ribbon intended to provide modules to equip electronic cards also called “smart cards”.
  • a metal strip is provided, the thickness of which is typically 75 micrometers but which can vary between 50 and 150 micrometers.
  • This strip is provided with perforations allowing it to be driven and openings obtained by stamping, delimiting the networks of conductors of the circuits.
  • the sheets include a set of holes whose arrangement corresponds to the location of the connections and a central hole for the location of the circuit.
  • the sheets are glued to the metal strip by heating. Heating causes a certain shrinkage of insulating material, making it difficult to use larger sheets, especially in the longitudinal direction. With cold bonding the problem would not arise however the adhesion to the metal is poor.
  • the present invention solves these problems.
  • the process relates to a continuous assembly process of patterned strip. Besides the advantage of continuous manufacturing the process also allows the use of a strip of insulating material much thinner than what is usual to use as thickness of insulation. This allows the manufacturer to choose according to, for example, the use to be made, to place the circuit either on the insulating strip or on the metal strip. Indeed, in accordance with the invention the dielectric strip can have a very small thickness of the order of 30 to 50 micrometers instead of 100 to 200 micrometers.
  • Bonding of an integrated circuit chip can therefore take place between the thin dielectric strip, the formation of the electrical connections to the chip then taking place through cutouts in the dielectric strip.
  • the overall thickness of the micromodule is thus considerably reduced in a decisive ratio which gives the possibility of manufacturing very flat smart cards.
  • the process according to the invention makes it possible to overcome the incompatibilities encountered by the applicant when bonding the dielectric strip to the metal grid which must take place at a temperature close to 200 ° C. and which causes differential expansion between the two materials rendering imprecise the juxtaposition of the patterns of the dielectric strip above those of the metal grid.
  • the method according to the invention makes it possible to solve the problem of the relative conservation of the dimensions of the patterns in the longitudinal directions and transverse bands and their respective positions when these are engaged between pressing rollers of gluing machines.
  • a starting point for a solution to this problem may consist, for example, in providing the overlapping steps of the patterns as a function of either the expected bonding temperature or the elasticity of the materials of the strips or by stretching, for example, one of the two bands.
  • the adjustment of the overlapping steps, as a function of the bonding temperature lacks flexibility because the overlapping pitch of the strips must then be modified each time the bonding temperature so that the nature of the materials constituting the strips are modified, the stretching of the bands generally being only valid for low temperatures and differences in expansion.
  • the proposed continuous assembly process of patterned bands consists of gluing by pressure a first band on a second band through a gluing press; to mark the pitches of the patterns on each of the bands and to juxtapose the marks of the pattern pitches of each band at the time of bonding by extending at least one band relative to the other and / or by different heating of each of the bands opposite, to cause a relative displacement by expansion of the two branches relative to each other.
  • the present invention also relates to an integrated circuit micromodule comprising a cut metal grid, a perforated dielectric strip of thickness less than about 70 micrometers, a chip bonded either on this dielectric strip or on the metal strip through a perforation of the dielectric strip through other perforations of the dielectric strip.
  • the present invention also relates to a device for continuously assembling patterned strips, one of which is a precut metal strip and the other a strip of pre-perforated insulation, characterized in that it comprises means for loading the strips comprising a first strip unwinder on which is mounted the metal strip wound on itself with an intermediate strip preventing the overlapping of patterns, a second strip unwinder on which is mounted the insulating strip said strip being wound on itself with an intermediate strip.
  • the present invention also relates to a device for the continuous assembly of patterned strips, one of which is a precut metal strip and the other a strip of pre-perforated insulation, comprising marking means characterized in that it comprises means for locating pattern pitches on each of the bands, means for applying a voltage and / or heating means causing different heating of each of the facing bands, to cause relative displacement by expansion of the two bands l 'one over the other.
  • the present invention also relates to an integrated circuit micromodule in which the dielectric strip covering the grid constitutes the dielectric of an electromagnetic transmit and / or receive antenna, of which the precut grid constitutes an active part.
  • FIG. 1 a top view of a precut metal strip according to the invention.
  • FIG. 2 a top view of a perforated dielectric strip according to the invention, intended to be bonded to the metal strip of Figure 1,
  • - Figure 3 a view showing the juxtaposition of the two strips during bonding ,
  • FIG. 4 a device for implementing the method according to the invention
  • FIG. 8 shows a micromodule constituting a transmit / receive antenna.
  • FIG. 9 shows a micromodule constituting an identification label.
  • the precut metal strip 1 which is shown in Figure 1, is formed of a strip of copper or tinned copper with a thickness of about 35 to 70 microns. Its width is defined to correspond to the final connection width to be produced and can be of the order of 1 cm to a few centimeters depending on the case. It comprises a cutting of a repeating pattern 2 possibly made by stamping defining the separate contacts 3 which serve as a connection pin between the inside and the outside of the micromodule to be assembled on the ribbon.
  • the pattern 2 is that which allows the connection of a micromodule for flat chip card, the contacts shown being eight in number.
  • the eight separate contacts 3 are visible inside a closed line 4. These are separated by cutting lines 5 of the patterns 2. Outside of line 4, the contacts are brought together to ensure continuity of the strip from one micromodule to another.
  • the strip 1 has regular perforations 6 distributed along the longitudinal edges of the strip on one side or on both sides of the latter. These perforations are used to drive the strip by a gear wheel system.
  • the cut metal strip forms the main support for the chips which constitute the heart of the micromodules.
  • This strip is covered with a dielectric strip of the type represented in FIG. 2 comprising pre-cut perforations (Pi - Pg) intended to come opposite the conductive pads 3 of the conductor pattern cut out from the metallic strip 1.
  • a hole d 'indexing (I) serves as a benchmark and allows the precise positioning of the perforations (Pi - PQ) opposite the conductive pads 3 during the hot bonding operation of the two strips against each other.
  • the indexing hole is located, when the bonding operation is completed, at the intersection of two bonding axes respectively horizontal X and vertical Y formed by the cutting lines.
  • This positioning is carried out by the strip assembly device shown in FIG. 4.
  • This comprises a press 7 comprising two plates or possibly two rollers 8 and 9 juxtaposed between which circulate strips with patterns 10 and 11 to be assembled by collage.
  • the plate or the upper roller 8 is heated to a bonding temperature of about 200 ° C by an electrical resistance R supplied by a device for supplying external electrical current, not shown.
  • the lower plate 9 is cooled by a water circulation circuit 12 passing through a heat exchanger 13 of the heat pump type, or any other equivalent device actuated by a pump 14.
  • the strips 10 and 11, once bonded, are driven in a translational movement between the two plates or rollers 8 and 9 by a pin wheel 15 whose teeth mesh in the perforations 6 of the support strip or clamp system with transverse movement.
  • the spike wheel 15 is driven by a motor 16.
  • the strips 10 and 11 are unwound respectively from two loading rollers 17 and 18. In fact in order to obtain a continuous assembly of the strips 10 and 11 these are each mounted on an unwinder and driven by a motor not shown.
  • the strip 10 is mounted on the roller 17, while the strip 11 is mounted on the roller 18.
  • the strip 10 is wound on itself with an intermediate strip 41 which falls as the strip 10. unfolds. intermediate strip 41 makes it possible to prevent the patterns from overlapping one another.
  • the strip 11 is also wound on itself.
  • An intermediate strip 51 can also be provided to avoid any discomfort during the unwinding of the strip 11.
  • the traction of the support strip 10 is adjusted by a pressing wheel 19 on a beam 20 of the support strip 10.
  • the beam 20 then retains the strip 10 by friction and provides the tension of this strip.
  • the tension of the strip to be bonded 11 is adjusted by two pressure rollers 21 and 22 with calibrated friction.
  • a control member 23 ensures, on the one hand, the control in rotation of the motor 16 and of the pump 17 and, on the other hand, that of the pressing wheel 19 between the beam 20.
  • the control member 23 receives information from the camera 24 on the one hand an image analyzer 25, on the other hand, a temperature sensor 26 connected to the fluid circulation circuit 12, as well as a device 27 formed by a tensiometer or any other equivalent device for measuring the tension of the support strip 10.
  • the image analyzer 25 can permanently provide information on delta X and delta Y offset of the reference or indexing hole relative to the X and Y reference axes of each pattern.
  • the advantage of this arrangement is that it makes it possible, thanks to the control member 23, to act jointly or in isolation on the pressure exerted on the strip 10 or the strip 11 respectively, by the press wheel 19 to adjust the tension.
  • Kapton for bonding of a copper roller, which has an expansion coefficient of 17.10- 6 / ° C on a roll of a plastic material sold under the trademark "Kapton" which has an expansion coefficient of 20.10 - 6 / ° C, the Kapton must be applied to the plate or roller 9 and the copper to the plate or pressure roller 8.
  • the squab press solution an embodiment of which is shown in FIG. 5, has the advantage of being simple to produce and of offering a uniform pressure between the two plates. As the figure 5 where the elements homologous to that of figure
  • a pigeon press has a lower plate 9 formed by a steel plate 28 mounted on an insulating plate 29 and an upper plate 8 formed by a steel plate
  • the steel plate 28 has, on the surface facing the steel plate 30, distribution springs 34 which allow the young pigeon head 32, to the steel plate 30 and the spring 34 to be in contact all together before the pressure of the two plates 28 and 30 is exerted on the two strips 10 and 11, which prevents any movement in the directions X and Y during the tightening of the two plates.
  • the process which has just been described can also be applied just as effectively to assemble in an indexed manner any material with identical or multiple pitch patterns.
  • the method also applies to the bonding of any number N of strips by inserting N pre-bonding presses before the homogenization station. The advantage is that it allows the production of multilayer films continuously.
  • the method according to the invention allows the manufacture of micromodules of integrated circuits, this manufacture comprising the formation of a precut metal strip comprising in particular regular perforations allowing a drive of the strip by toothed wheel (in the manner of drive film), the formation of a very thin perforated dielectric strip, then the bonding of the two strips against each other, the bonding of an integrated circuit chip against the thin dielectric strip, and the formation of electrical connections between the chip and the metal strip through the cutouts of the dielectric strip.
  • the dielectric strip will be narrower than the metal strip, it will not comprise periodic lateral cuts allowing a drive by toothed wheels, and it will moreover be generally too thin to allow a drive by toothed wheel.
  • the cutouts for driving the metal strip will not be covered by the dielectric strip thanks to the lower width thereof.
  • the other manufacturing operations can be conventional, for example: depositing a drop of resin to coat the chip and the connection connections with the chip, on the side of the dielectric strip but not on the side of the metal strip; and optionally leveling the drop to a predetermined height; separation of the micromodule from the rest of the strip; the micromodule is then ready to be inserted into a cavity of a plastic card.
  • the chip can be bonded to the dielectric strip or to the metal strip. Cases in which it is not necessary to provide a rear face contact for the chip are indeed frequent in CMOS technology.
  • the thin dielectric placed under the card acts as an elastic buffer, which in certain cases makes it possible to prevent the chip from deteriorating.
  • the small thickness of the dielectric strip facilitates very effective bonding of the two strips against one another, without the risk of detachment during subsequent treatment.
  • another advantage of the invention is that the bonding of the chip on the dielectric makes it possible to provide a single production line for micromodules regardless of the size of the chip to be encapsulated, and this from a single model of pre-cut metal strip, on the sole condition of providing an changeable or removable cutting tool for forming the cuts in the dielectric strip; in fact, the chip is isolated from the metal grid, and only the location of the perforations in the dielectric defines the position of the connections between the chip and the grid; for a larger chip, place the perforations further away from the center of the chip; for a smaller chip, the perforations will be brought closer to the center; it is of course sufficient that the perforations remain above the suitable metal ranges, but these ranges can be quite wide in the case of micromodules with low number of external contacts (6 or 8 for example).
  • the invention also relates to a micromodule which comprises a cut-out metal grid glued against the very thin perforated dielectric strip (thickness preferably less than 50 micrometers, more generally between approximately 30 and 70 micrometers), with a chip glued either on the metallic strip either on the dielectric strip and connected to the metallic strip through the perforations of the dielectric strip.
  • FIG. 6 represents the composite strip carrying a chip at this stage of manufacture.
  • the references are the same as in the previous figures.
  • the chip is then coated with a protective insulator 28, preferably a epoxy resin or a silicone resin which can be deposited in a drop above the chip (FIG. 7).
  • a protective insulator 28 preferably a epoxy resin or a silicone resin which can be deposited in a drop above the chip (FIG. 7).
  • the mechanical stresses on the chip are particularly low, during and after manufacture, due to the interposition between the metal and the chip of a small thickness of polyimide which behaves like a buffer of elastic material. This is important when the micromodule is incorporated into a flat chip card because these cards are subject to very high torsional and bending stresses.
  • the height of the micromodule remains limited to an acceptable value despite the fact that the chip rests on the dielectric.
  • the chip may have a thickness of approximately 250 micrometers and the strips 10 and 20 a thickness of 50 micrometers each.
  • the encapsulation resin adheres to a dielectric surface, which is better than to a metal surface. There is no risk of moisture penetrating to the chip which is surrounded by resin wherever it does not touch the dielectric strip.
  • the micromodule When the micromodule is finished (FIG. 7), optionally after leveling the resin to a maximum desired height, it is separated from the rest of the strip by mechanical cutting along line 4 of FIGS. 1 and 2. If it is acts of a micromodule for a smart card whose connector consists of the accessible face of the conductors 3, the micromodule is placed in a cavity of the smart card, the face carrying the chip being turned towards the bottom of the cavity and the conductors remaining accessible at the top.
  • the dielectric strip 11 to constitute the dielectric of a radiating antenna, the cut grid of which 10 constitutes an active part.
  • the antenna is of the microstrip type, constituted for example from conductors cut from the metal strip and which serve as an antenna instead of serving as connectors; an electrical ground plane can then be provided on the other side of the dielectric; this ground plan can be carried out either at using a second metal strip 10 mechanically cut and glued against the upper face of the dielectric strip 11 before placement of the chips, or using a photo-etched metallization on the upper face of the dielectric.
  • the ground plane is below (formed in the metal strip 10) and the microstrip antenna above (formed in the metallization of a dielectric strip 11 metallized, or formed in a second metal strip bonded from the side of the chip).
  • the micromodule can constitute an identification label.
  • the grid 10 forms an inductance.
  • the chip 24 can be placed on a metal area and be connected to the two ends of 1 inductor.
  • an inexpensive dielectric such as cardboard will be used.
  • Such a micromodule is shown in FIG. 9 and constitutes a low-cost identification label.

Abstract

Le procédé consiste à coller par pression une première bande (11) sur une deuxième bande (10) au travers d'une presse à coller (8, 9), en repérant sur chacune des bandes les pas de motifs et en juxtaposant au moment du collage les repères des pas de motifs de chaque bande par extension d'au moins une bande l'une par rapport à l'autre et par échauffement différent de chacune des bandes en regard pour provoquer un déplacement relatif par dilatation des deux bandes l'une par rapport à l'autre. Application: fabrication de "cartes à puces".

Description

Procédé d'assemblage en continu de bandes à motifs et micromodule de circuit intégré obtenu par ledit procédé.
La présente invention concerne un procédé d'assemblage en continu de bandes à motifs.
Elle s'applique notamment à la réalisation de micromodules en circuit intégré, entrant dans la fabrication des cartes plates portables dites "cartes à puce". Dans ces cartes, les micromodules sont formés par un ensemble d'éléments composé : d'une puce en circuit intégré, de contacts métalliques servant de connexion du micromodule avec des dispositifs extérieurs, de fils de liaison pour relier la puce au contacts métalliques et d'une protection formée d'une résine recouvrant la puce, les fils de liaison, et, partiellement les contacts métalliques. Pour fabriquer un micromodule et l'incorporer ensuite à une carte, un premier procédé connu consiste à reporter la puce sur une bande métallique prédécoupée en forme de grille de conducteur, à souder la puce sur une plage de cette grille où elle est reliée par des fils soudés à d'autres plages de la grille, à enrober la puce et les fils par une goutte de résine de protection de type époxy ou silicone en laissant les conducteurs de la grille partiellement dénudés, à découper la bande métallique en micromodules individuels comprenant chacun une puce enrobée et des contacts extérieurs dénudés et à coller le micromodule dans une cavité superficielle d'une carte en matière plastique, de telle sorte que, des portions de grilles non enrobées de résine affleurent et constituent le connecteur extérieur de la carte. Selon un deuxième procédé également connu, la bande métallique prédécoupée de départ est remplacée par une bande diélectrique métallisée gravée selon un motif de connexion à déterminer. La bande diélectrique forme dans ce cas le support principal de la puce. Les connexions ont une très faible épaisseur et sont obtenues par pré-dépôt d'une couche métallique sur la bande plastique de photogravure de cette couche métallique. La puce est reliée par des fils soudés à des plages de la couche métallisée. Ces procédés présentent un certain nombre d'inconvénients. Dans le cas d'utilisation d'une bande métallique prédécoupée, la résine d'encapsulation du micromodule adhère mal sur les conducteurs de la grille, ceci d'autant plus que pratiquement la résine se situe d'un seul côté de la bande, l'autre étant réservé pour laisser les conducteurs accessibles pour servir de connecteurs. Il en résulte un problème de fiabilité difficilement soluble, causé principalement par le passage d'humidité entre la résine et les conducteurs. Dans le cas de l'utilisation d'une bande diélectrique métallisée et photogravée, il faut nécessairement que la bande soit constituée de matière suffisamment rigide et ait une bonne tenue à la température pour ne pas se gondoler lorsque la température s'élève ce qui impose que la définition du motif de conducteur ne soit exécutée que par photogravure sur la bande diélectrique et rend ce deuxième procédé beaucoup plus coûteux qu'un découpage mécanique, par exemple. Un troisième procédé est connu par la demande de brevet européen publiée sous le n° 0 296 511 déposée sous le n° 88 1097430 le 18 juin 1988.
Cette demande de brevet concerne un procédé de fabrication d'un ruban destiné à fournir des modules pour équiper des cartes électroniques appelées aussi "smart cards". Cependant la solution proposée dans cette demande n'est pas satisfaisante car il ne s'agit pas véritablement d'un procédé de fabrication en continu. En effet, selon ce procédé, on se munit d'une bande métallique dont l'épaisseur est typiquement de 75 micromètres mais qui peut varier entre 50 et 150 micromètres. Cette bande est pourvue de perforations permettant son entraînement et d'ouvertures obtenues par étampage, délimitant les réseaux de conducteurs des circuits. On se munit également d'un ensemble de feuilles isolantes de 125 micromètres d'épaisseur portant sur une face une matière thermoplastique ou thermodurcissable pour un collage à chaud. Les feuilles comportent un ensemble de trous dont la disposition correspond à l'emplacement des connexions et un trou central pour l'emplacement du circuit.
Les feuilles sont collées sur la bande métallique par chauffage. Le chauffage provoque un certain retrait d matériau isolant rendant difficile l'utilisation de feuilles plus grandes surtout dans le sens longitudinal. Avec un collage à froid le problème ne se poserait pas en revanche 1'adhérence sur le métal est mauvaise.
Il est clair qu'avec ce procédé il n'est pas possible d'avoir une véritable fabrication en continu. D'autre part il est impératif de réaliser une perforation dans chaque feuille d'isolant à l'emplacement réservé pour le circuit afin d'y loger le circuit et de rentrer ainsi dans les tolérances exigées sur l'épaisseur pour la fabrication des cartes à puce.
La présente invention permet de résoudre ces problèmes.
Elle a pour objet un procédé d'assemblage en continu de bande à motifs. Outre l'avantage d'une fabrication en continu le procédé permet également l'emploi d'une bande de matériau isolant beaucoup moins épais que ce qu'il est usuel d'utiliser comme épaisseur d'isolant. Ceci permet de laisser le choix au fabricant en fonction par exemple de l'utilisation qui sera faite, de placer le circuit soit sur la bande d'isolant soit sur la bande métallique. En effet, conformément à l'invention la bande diélectrique peut avoir une épaisseur très faible de l'ordre de 30 à 50 micromètres au lieu de 100 à 200 micromètres.
Le collage d'une puce de circuit intégré peut par conséquent avoir lieu entre la bande diélectrique mince, la formation des connexions électriques à la puce s'effectuant alors à travers des découpes de la bande diélectrique. De toutes les façons l'épaisseur globale du micromodule est ainsi considérablement réduite dans un rapport décisif qui donne la possibilité de fabriquer des cartes à puce très plates.
Dans le cas ou la puce est collée sur la bande diélectrique au lieu d'être collée sur la surface métallique on a un facteur de sécurité supplémentaire, car le diélectrique mince placé sous la puce peut jouer alors un rôle de tampon élastique évitant d'éventuelles détériorations. En outre le procédé conforme à l'invention permet de s'affranchir des incompatibilités rencontrées par la demanderesse lors du collage de la bande diélectrique sur la grille métallique qui doit avoir lieu à une température voisine de 200°C et qui provoque une dilatation différentielle entre les deux matériaux rendant imprécise la juxtaposition des motifs de la bande diélectrique au-dessus de ceux de la grille métallique. Le procédé conforme à l'invention permet de résoudre le problème de la conservation relative des dimensions des motifs dans les directions longitudinales et transversales des bandes et leurs positionnements respectifs lorsque celles-ci sont engagées entre des rouleaux presseurs de machines à coller. Une amorce de solution à ce problème peut consister, par exemple, à prévoir les pas de recouvrement des motifs en fonction, soit de la température attendue de collage, soit de l'élasticité des matériaux des bandes ou en étirant, par exemple, une des deux bandes. Mais l'ajustement des pas de recouvrement, en fonction de la température de collage, manque de souplesse car le pas de recouvrement des bandes doit alors être modifié chaque fois que la température de collage pour que la nature des matériaux constituant les bandes sont modifiées, l'étirage des bandes ne valant généralement que pour des températures et des différences de dilatation faibles.
Ainsi le procédé d'assemblage en continu de bandes à motifs proposé consiste à coller par pression une première bande sur une deuxième bande au travers d'une presse à coller; à repérer sur chacune des bandes les pas des motifs et à juxtaposer au moment du collage les repères des pas de motifs de chaque bande par extension d'au moins une bande par rapport à l'autre et/ou par échauffement différent de chacune des bandes en regard, pour provoquer un déplacement relatif par dilatation des deux branches l'une par rapport à l'autre.
La présente invention a également pour objet un micromodule de circuit intégré comportant une grille métallique découpée, une bande diélectrique perforée d'épaisseur inférieure à environ 70 micromètres, une puce collée soit sur cette bande diélectrique soit sur la bande métallique à travers une perforation de la bande diélectrique à travers d'autres perforations de la bande diélectrique.
La présente invention a également pour objet un dispositif d'assemblage en continu de bandes à motifs dont l'une est une bande métallique prédécoupée et l'autre une bande d'isolant préperforée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chargement des bandes comprenant un premier dérouleur de bandes sur lequel est montée la bande métallique enroulée sur elle-même avec une bande intercalaire empêchant l'imbrication de motifs, un deuxième dérouleur de bande sur lequel est montée la bande d'isolant ladite bande étant enroulée sur elle même avec une bande intercalaire.
La présente invention a également pour objet un dispositif d'assemblage en continu de bandes à motif dont l'une est une bande métallique prédécoupée et l'autre une bande d'isolant préperforée, comprenant des moyens de repérage caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de repérage sur chacune des bandes des pas de motifs, des moyens permettant d'appliquer une tension et/ou des moyens de chauffage provoquant un échauffement différent de chacune des bandes en regard, pour provoquer un déplacement relatif par dilatation des deux bandes l'une par rapport à l'autre.
La présente invention a aussi pour objet un micromodule de circuit intégré dans lequel la bande diélectrique recouvrant la grille constitue le diélectrique d'une antenne électromagnétique d'émission et/ou réception, dont la grille prédécoupée constitue une partie active.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit faite en regard des dessins annexés qui représentent :
- la figure 1, une vue de dessus d'une bande métallique prédécoupée selon l'invention. - la figure 2, une vue de dessus d'une bande diélectrique perforée selon l'invention, destinée à être collée sur la bande métallique de la figure 1, - la figure 3, une vue montrant la juxtaposition des deux bandes en cours de collage,
- la figure 4, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention,
- la figure 5, une représentation d'une presse à pigeonneau utilisée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
- la figure 6, le micromodule fabriqué selon l'invention, à un stade intermédiaire de fabrication; - la figure 7, représente un micromodule selon l'invention à un stade final de fabrication;
- la figure 8, représente un micromodule constituant une antenne émission/réception.
- la figure 9, représente un micromodule constituant une étiquette d'identification.
La bande métallique prédécoupée 1 qui est représentée à la figure 1, est formée d'une bande de cuivre ou de cuivre étamé d'épaisseur d'environ 35 à 70 micromètre. Sa largeur est définie pour correspondre à la largeur de connexion finale à réaliser et peut être de l'ordre de 1 cm à quelques centimètres selon les cas. Elle comporte un découpage d'un motif répétitif 2 réalisé éventuellement par matriçage définissant les contacts séparés 3 qui servent de broche de connexion entre 1'intérieur et 1'extérieur du micromodule à assembler sur le ruban.
Dans la représentation de la figure 1 qui est donnée à titre d'exemple, le motif 2 est celui qui permet la connexion d'un micromodule pour carte à puce plate, les contacts représentés étant au nombre de huit. Les huit contacts séparés 3 sont visibles à l'intérieur d'une ligne fermée 4. Ceux-ci sont séparés par des lignes de découpe 5 des motifs 2. A l'extérieur de la ligne 4, les contacts sont réunis pour assurer la continuité de la bande d'un micromodule à un autre.
La bande 1 comporte des perforations régulières 6 réparties le long des bords longitudinaux de la bande sur un côté ou sur les deux côtés de celle-ci. Ces perforations servent à l'entraînement de la bande par un système à roue dentée.
La bande métallique découpée forme le support principal des puces qui constituent le coeur des micromodules. Cette bande est recouverte d'une bande diélectrique du type de celle représentée à la figure 2 comportant des perforations prédécoupées (Pi - Pg) destinées à venir en regard des plages conductrices 3 du motif de conducteur découpé dans la bande métallique 1. Un trou d'indexation (I) sert de repère et permet le positionnement précis des perforations (Pi - PQ) en face des plages conductrices 3 lors de l'opération de collage à chaud des deux bandes l'une contre l'autre.
Comme l'indique la figure 3, le trou d'indexation est situé, lorsque l'opération de collage est terminée, à l'intersection de deux axes de collage respectivement horizontal X et vertical Y formés par les lignes de découpe. Ce positionnement est réalisé par le dispositif d'assemblage de bande représenté à la figure 4. Celui-ci comprend une presse 7 comportant deux plateaux ou éventuellement deux rouleaux 8 et 9 juxtaposés entre lesquels circulent des bandes à motifs 10 et 11 devant être assemblées par collage. Sur la figure 4, le plateau ou le rouleau supérieur 8 est chauffé jusqu'à une température de collage d'environ 200°C par une résistance électrique R alimentée par un dispositif d'alimentation en courant électrique extérieur non représenté. Le plateau inférieur 9 est refroidi par un circuit à circulation d'eau 12 traversant un échangeur de température 13 de type pompe à chaleur, ou tout autre dispositif équivalent actionné par une pompe 14. Les bandes 10 et 11, une fois collées, sont entraînées dans un mouvement de translation entre les deux plateaux ou rouleaux 8 et 9 par une roue à picot 15 dont les dents engrènent dans les perforations 6 de la bande support ou système de pince à mouvement transversal. La roue à picot 15 est mue par un moteur 16. Les bandes 10 et 11 sont dévidées respectivement à partir de deux rouleaux de chargement 17 et 18. En effet afin d'obtenir un assemblage en continu des bandes 10 et 11 celles ci sont chacune montée sur un dérouleur et mu par un moteur non représenté. La bande 10 est montée sur le rouleau 17, alors que la bande 11 est montée sur le rouleau 18. La bande 10 est enroulée sur elle même avec une bande intercalaire 41 qui tombe au fur et à mesure du déroulement de la bande 10. Cette bande intercalaire 41 permet d'éviter que les motifs ne s•imbriquent les uns dans les autres. La bande 11 est également enroulée sur elle même. Une bande intercalaire 51 peut être prévue aussi pour éviter toute gène lors du déroulement de la bande 11. La traction de la bande support 10 est réglée par une roue presseuse 19 sur une poutre 20 de la bande support 10. La poutre 20 retient alors la bande 10 par frottement et procure la tension de cette bande. La tension de la bande à coller 11 est réglée par deux rouleaux presseurs 21 et 22 à frottement calibré. Un organe de commande 23 assure d'une part, la commande en rotation du moteur 16 et de la pompe 17 et d'autre part, celle de la roue presseuse 19 entre la poutre 20. L'organe de commande 23 reçoit des informations provenant d'une part, d'une caméra 24 par l'intermédiaire d'un analyseur d'image 25, d'autre part, d'un capteur de température 26 branché sur le circuit de circulation de fluide 12, ainsi que d'un dispositif 27 formé par un tensiomètre ou tout autre dispositif équivalent pour mesurer la tension de la bande support 10. Ainsi, lorsque les deux bandes.10 et 11 entraînées par la traction du moteur 16 défilent sous les rouleaux ou entre les deux plateaux 8 et 9 l'analyseur d'image 25 peut fournir en permanence des informations de décalage delta X et delta Y du trou repère ou d'indexation relativement aux axes repères X et Y de chaque motif. L'intérêt de cette disposition est qu'elle permet, grâce à l'organe de commande 23, d'agir conjointement ou isolément sur la pression exercée sur la bande 10 ou la bande 11 respectivement, par la roue presseuse 19 pour régler la tension de la bande 10 ou de la bande 11 par les rouleaux presseurs 21 et 22 et par réglage des températures des deux plateaux ou rouleaux presseurs 8 et 9 afin d'ajuster, par extension ou dilatation la position d'une bande par rapport à l'autre pour faire coïncider les pas des motifs des deux bandes en annulant les décalages delta X et delta Y du trou repère par rapport aux axes repères X et Y. Il faut noter cependant qu'un réglage du pas par simple extension d'une des deux bandes l'une par rapport à l'autre ne vaut que pour des faibles décalages delta X et/ou delta Y des valeurs du pas, que les grands décalages ne peuvent être compensés efficacement que par un ajustement des températures relatives des plateaux ou rouleaux 8 et 9 l'une par rapport à l'autre. En pratique, lorsqu'un décalage delta X a dépassé un seuil prédéterminé la compensation de ce décalage est effectuée par l'organe de commande 23 en agissant sur le refroidissement du plateau 9, dans l'autre cas la compensation s'effectue en agissant sur les rouleaux presseurs 19 ou 21, 22. Cependant, pour que le système fonctionne efficacement il est préférable d'appliquer la bande qui a le coefficient de dilatation le plus important sur le plateau ou rouleau 9 qui est refroidi, l'autre bande 11 étant appliquée contre le plateau ou rouleau 8 qui est chauffé. Ainsi, par exemple, pour un collage d'un rouleau de cuivre qui a un coefficient de dilatation de 17.10-6/°C sur un rouleau d'une matière plastique commercialisée sous la marque "Kapton" qui a un coefficient de dilatation de 20.10-6/°C, le Kapton doit être appliqué sur le plateau ou rouleau 9 et le cuivre sur le plateau ou rouleau presseur 8.
Dans l'opération de collage il faut naturellement veiller lorsque les plateaux/rouleaux 8 et 9 viennent en pression, à ce que ceux-ci se déplacent correctement suivant la seule direction Z normale au plan (X, Y) des deux bandes. Le problème peut être résolu facilement en utilisant soit des presses à colonnes soit des presses à pigeonneau avec ressorts de répartition. Cependant, pour éviter d'avoir les positions entre axes qui évoluent avec les températures il est souhaitable d'utiliser, dans le cas des presses à colonnes, des aciers à faible coefficient de dilatation en utilisant par exemple de l'acier commercialisé sous la marque connue Invar, par exemple.
La solution à presse à pigeonneau dont un schéma de réalisation est montré à la figure 5 présente l'avantage d'être de réalisation simple et d'offrir une pression homogène entre les deux plateaux. Comme le représente la figure 5 où les éléments homologues à celle de la figure
4 sont représentés avec les mêmes références, une presse à pigeonneau comporte un plateau inférieur 9 formé par une plaque en acier 28 montée sur une plaque isolante 29 et un plateau supérieur 8 formé par une plaque en acier
30 comportant une coiffe isolante creuse 31 renfermant la tête 32 d'un pigeonneau 33. La plaque en acier 28 comporte sur la surface en regard avec la plaque en acier 30 des ressorts de répartition 34 qui permettent à la tête de pigeonneau 32, à la plaque d'acier 30 et au ressort 34 d'être en contact tous ensemble avant que la pression des deux plaques 28 et 30 ne soit exercée sur les deux bandes 10 et 11, ce qui évite tout mouvement dans les directions X et Y lors du serrage des deux plaques.
Une fois le collage réalisé celui-ci peut encore être homogénéisé par éventuellement une deuxième presse non représentée qui a alors les mêmes températures sur les deux plateaux ou par deux rouleaux similaires à ceux déjà utilisés dans l'état de la technique.
Naturellement, le procédé qui vient d'être décrit peut aussi s'appliquer tout aussi efficacement pour assembler de façon indexée tout matériau à motifs de pas identique ou multiple. Le procédé s'applique également au collage d'un nombre quelconque N de bandes en intercalant N presses de pré-collage avant le poste d'homogénéisation. L'intérêt est alors qu'il permet la réalisation de films multicouches en continu.
Ainsi le procédé conforme à l'invention permet la fabrication de micromodules de circuits intégrés, cette fabrication comprenant la formation d'une bande métallique prédécoupée comportant notamment des perforations régulières permettant un entraînement de la bande par roue dentée (à la manière de l'entraînement d'un film de cinéma), la formation d'une bande diélectrique très mince perforée, puis le collage des deux bandes l'une contre l'autre, le collage d'une puce de circuit intégré contre la bande diélectrique mince, et la formation de connexions électriques entre la puce et la bande métallique à travers les découpes de la bande diélectrique. En principe, la bande diélectrique sera plus étroite que la bande métallique, elle ne comportera pas de découpes latérales périodiques permettant un entraînement par roues dentées, et elle sera d'ailleurs en général trop mince pour permettre un entraînement par roue dentée. Lors du collage de la bande diélectrique contre la bande métallique, les découpes permettant l'entraînement de la bande métallique ne seront pas recouvertes par la bande diélectrique grâce à la largeur inférieure de celle-ci.
Les autres opérations de fabrication peuvent être classiques, par exemple : dépôt d'une goutte de résine pour enrober la puce et les connexions de liaison avec la puce, du côté de la bande diélectrique mais pas du côté de la bande métallique; et éventuellement arasage de la goutte à une hauteur prédéterminée; séparation du micromodule d'avec le reste de la bande; le micromodule est alors prêt à être inséré dans une cavité d'une carte plastique.
On remarque en outre que par ce procédé ce n'est plus la bande diélectrique qui sert à entraîner l'ensemble lors de la fabrication en chaîne de micromodules à partir d'une bande continue, comme cela a pu être le cas dans des techniques antérieures lorsqu'une bande diélectrique était prévue. L'épaisseur de la bande diélectrique est beaucoup plus faible que dans l'art antérieur 30 à 50 micromètres au lieu de 100 à 200 micromètres par exemple. Cela est très important car l'épaisseur globale du micromodule est un facteur décisif pour la possibilité de faire des cartes à puces très plates.
D'autre part, compte-tenu de cette très faible épaisseur, la puce peut être collée sur la bande diélectrique ou sur la bande métallique. Les cas dans lesquels il n'est pas nécessaire de prévoir un contact de face arrière pour la puce sont en effet fréquents en technologie CMOS. Lorsque des contraintes mécaniques s'exercent sur la carte, le diélectrique mince placé sous la carte joue le rôle de tampon élastique ce qui dans certains cas permet d'éviter que la puce ne se détérior .
Lors de la fabrication, la faible épaisseur de la bande diélectrique facilite un collage très efficace des deux bandes l'une contre l'autre, sans risque de décollement lors du traitement ultérieur.
Enfin, un autre avantage de l'invention est que le collage de la puce sur le diélectrique permet de prévoir une seule chaîne de fabrication de micromodules quel que soit la dimension de la puce à encapsuler, et cela à partir d'un seul modèle de bande métallique prédécoupée, à la seule condition de prévoir un outil de découpe modifiable ou amovible pour la formation des découpes dans la bande diélectrique; en effet, la puce est isolée de la grille métallique, et seul l'emplacement des perforations dans le diélectrique définit la position des connexions entre la puce et la grille; pour une puce de plus grande taille, on placera les perforations plus éloignées du centre de la puce; pour une puce plus petite, on rapprochera les perforations du centre; il suffit bien entendu que les perforations restent au dessus des plages métalliques qui conviennent, mais ces plages peuvent être assez larges dans le cas de micromodules à faible nombre de contacts extérieurs (6 ou 8 par exemple) .
L'invention porte également sur un micromodule qui comporte une grille métallique découp- s collée contre la bande diélectrique perforée très mince (épaisseur de préférence inférieure à 50 micromètres, plus généralement entre environ 30 et 70 micromètres) , avec une puce collée soit sur la bande métallique soit sur la bande diélectrique et connectée à la bande métallique à travers les perforations de la bande diélectrique.
La figure 6 représente la bande composite portant une puce à ce stade de fabrication. Les références sont les mêmes qu'aux figures précédentes.
La puce est ensuite enrobée d'un isolant de protection 28, de préférerce une résine époxy ou une résine aux silicones qu'on peut déposer en goutte au dessus de la puce (figure 7) .
On notera que contrairement à ce qui se passe dans la technique utilisant une bande métallique découpée sans diélectrique, la résine ne peut pas couler entre les conducteurs 3, c'est-à-dire dans les découpes 16 de la bande métallique puisqu'en principe toutes ces découpes 16 sont recouvertes par la bande diélectrique, au moins dans la partie qui constituera le micromodule après découpe de la bande.
Les contraintes mécaniques sur la puce sont particulièrement faibles, pendant et après la fabrication, du fait de l'interposition entre le métal et la puce d'une faible épaisseur de polyimide qui se comporte comme un tampon de matière élastique. Cela est important lorsque le micromodule est incorporé à une carte à puce plate car ces cartes sont sujettes à des contraintes de torsion et flexion très importantes.
Etant donné qu'on peut se contenter d'une très faible épaisseur de diélectrique, la hauteur du micromodule reste limitée à une valeur acceptable malgré le fait que la puce repose sur le diélectrique. A titre indicatif, la puce peut avoir une épaisseur de 250 micromètres environ et les bandes 10 et 20 une épaisseur de 50 micromètres chacune.
La résine d*encapsulation adhère sur une surface diélectrique, ce qui est meilleur que sur une surface métallique. Il n'y a pas de risque de pénétration d'humidité jusqu'à la puce qui est entourée de résine partout où elle ne touche pas la bande diélectrique.
Lorsque le micromodule est terminé (figure 7) , éventuellement après arasage de la résine à une hauteur maximale désirée, on le sépare du reste de la bande par une découpe mécanique selon la ligne 4 des figures 1 et 2. S'il- s'agit d'un micromodule pour carte à puce dont le connecteur est constitué par la face accessible des conducteurs 3, on place le micromodule dans une cavité de la carte à puce, la face portant la puce étant tournée vers le fond de la cavité et les conducteurs restant accessibles à la partie supérieure.
Dans un perfectionnement de l'invention cf.figure 8, tout particulièrement intéressant dans le cas de cartes à puces fonctionnant en hyperfréquences et destinées à recevoir et/ou émettre un rayonnement électromagnétique, on peut prévoir que la bande diélectrique 11 constitue le diélectrique d'une antenne rayonnante, dont la grille découpée 10, constitue une partie active. L'antenne est de type microstrip, constituée par exemple à partir de conducteurs découpés dans la bande métallique et qui servent d'antenne au lieu de servir de connecteurs; un plan de masse électrique peut alors être prévu de l'autre côté du diélectrique; ce plan de masse peut être réalisé soit à l'aide d'une deuxième bande métallique 10 découpée mécaniquement et collée contre la face supérieure de la bande diélectrique 11 avant mise en place des puces, soit à l'aide d'une métallisation photogravée sur la face supérieure du diélectrique. Inversement, on peut prévoir que le plan de masse est au dessous (formé dans la bande métallique 10) et l'antenne microstrip au dessus (formée dans la métallisation d'une bande diélectrique 11 métallisée, ou formée dans une deuxième bande métallique collée du côté de la puce) .
Selon une variante de réalisation le micromodule peut constituer une étiquette d'identification. Pour cela la grille 10 forme une inductance. La puce 24 peut être placée sur une zone métallique et être connectée aux deux extrémités de 1 inductance. Avantageusement on prendra un diélectrique peu onéreux comme par exemple du carton. Un tel micromodule est représenté sur la figure 9 et constitue une étiquette d'identification à bas coût.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'assemblage en continu de bandes à motifs (10, 11) consistant à coller par pression une première bande (11) sur une deuxième bande (10) au travers d'une presse à coller (8, 9) caractérisé en ce qu'il consiste à repérer (I) sur chacune des bandes les pas de motifs et à juxtaposer au moment du collage les repères (I) des pas de motifs de chaque bande par extension d'au moins une bande par rapport à l'autre et/ou par échauffement différent de chacune des bandes en regard pour provoquer un déplacement relatif par dilatation des deux bandes l'une par rapport à l'autre.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une presse (7) à plateau (8,9) comportant un premier plateau chauffé électriquement et un deuxième plateau (9) refroidi par circulation d'un fluide.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre un organe de commande (23) pour régler les températures des deux plateaux (8,9) et les tensions des deux bandes (10,11).
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la presse (7) est une presse à colonne dont les plateaux (8,9) sont réalisés en matériau à faible coefficient de dilatation.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la presse (7) est une presse à pigeonneau (33) .
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il consiste à repérer la position relative des repères des pas des motifs par une caméra de télévision (24) couplée à un organe de commande (23) par l'intermédiaire d'un analyseur d'image (25).
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la première bande de motifs (10) est en cuivre et la deuxième bande de motifs (11) est en Kapton.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que la bande de motifs (10) qui a le coefficient de dilatation le plus élevé est appliquée sur le plateau (9) refroidi par circulation d'un fluide.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il consiste à assembler de façon indexée tout matériau à motifs de pas identiques ou multiples.
10. Dispositif d'assemblage en continu de bandes à motifs (10,11) dont l'une est une bande métallique prédécoupée et 1•autre une bande d•isolant préperforée, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chargement des bandes comprenant un premier dérouleur de bandes (17) sur lequel est montée la bande métallique (10) enroulée sur elle-même avec une bande intercalaire (41) empêchant l'imbrication des motifs, un deuxième dérouleur de bande (18) sur lequel est montée la bande d'isolant (11) ladite bande étant enroulée sur elle même.
11. Dispositif d'assemblage en continu de bandes à motif (10,11) dont l'une est une bande métallique prédécoupée et l'autre une bande d'isolant préperforée, comprenant des moyens de repérage caractérisé en ce qu'il corapor i des moyens de repérage (23,24,25) sur chacune des bandes les pas de motifs, des moyens permettant d'appliquer une tension (23,27) et/ou des moyens de chauffage provoquant un échauffement différent de chacunes des bandes en regard, pour provoquer un déplacement relatif par dilatation des deux bandes l'une par rapport à l'autre.
12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de collage par pression comportent une presse à plateau (8, 9) comprenant un premier plateau chauffé électriquement et un deuxième plateau (9) refroidi par circulation d'un fluide.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande (23) pour régler les températures des deux plateaux (8,9).
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de commande (23) permettent de régler les tensions des deux bandes.
15. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la presse (7) est une presse à colonne dont les plateaux (8,9) sont réalisés en matériaux à faible coefficient de dilatation.
16. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la presse (7) est une presse à pigeonneau (33) .
17. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de repérage comprennent une caméra de télévision (24) couplée à un organe de commande (23) par l'intermédiaire d'un analyseur d'image (25).
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 17 caractérisé en ce que la première bande à motifs (10) est en cuivre et la deuxième bande à motif est en Kapton.
19. Micromodule caractérisé en ce qu'il comporte une grille métallique découpée (10) collée contre une bande diélectrique perforée (11) d'épaisseur inférieure à environ 70 micromètres, avec une puce (24) collée sur la bande diélectrique ou sur la grille métallique et connectée à la bande métallique à travers les perforations (Pi) de la bande diélectrique.
20. Micromodule selon la revendication 19, caractérisé en ce que la bande diélectrique recouvrant la grille constitue le diélectrique d'une antenne d'émission et/ou réception électromagnétique dont la grille prédécoupée constitue une partie active.
21. Micromodule selon la revendication 19 ou 20, caractérisé en ce que la grille métallique constitue une inductance (40) et en ce que la puce est connecté aux extrémités de l'inductance.
22. Micromodule selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que la bande d'isolant (11) est en Kapton.
23. Micromodule selon l'une quelconque des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que la bande d'isolant est en carton.
24. Micromodule selon la revendication 21, caractérisé en ce qu'il constitue une étiquette d•identification.
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