PROCEDE DE REALISATION DE DISPOSITIFS COMPRENANT UNE METHOD FOR PRODUCING DEVICES COMPRISING A
PUCE ASSOCIEE A UN ELEMENT DE CIRCUITCHIP ASSOCIATED WITH A CIRCUIT ELEMENT
ET DISPOSITIFS OBTENUSAND DEVICES OBTAINED
La présente invention concerne un dispositif comportant un circuit intégré sous forme de puce, associé à un composant, par exemple une interface de communication, pour former un tout intégré. Plus particulièrement, l'invention permet de réaliser des modules composés d'au moins une puce et du composant associé à partir de la technologie dite de silicium sur isolant. Cette technologie permet d'obtenir des puces dont la partie active en silicium est d'une très grande minceur, celle-ci pouvant être de l'ordre de 10 microns ou moins. En raison de la grande minceur des puces, il est nécessaire, selon cette technologie, de prévoir un substrat protecteur dont le rôle est de maintenir un ensemble de puces durant les diverses étapes de leur fabrication et de permettre la manipulation des puces lors de leur découpage et de leur report sur un support définitif auguel elles sont destinées.The present invention relates to a device comprising an integrated circuit in the form of a chip, associated with a component, for example a communication interface, to form an integrated whole. More particularly, the invention makes it possible to produce modules composed of at least one chip and of the associated component from the so-called silicon on insulator technology. This technology makes it possible to obtain chips whose active part in silicon is of a very great thinness, this one being able to be of the order of 10 microns or less. Because of the great thinness of the chips, it is necessary, according to this technology, to provide a protective substrate whose role is to maintain a set of chips during the various stages of their manufacture and to allow the manipulation of the chips during their cutting. and their transfer to a final auguel support they are intended.
Cette technologie de réalisation de puces très minces sur substrat protecteur est décrite notamment dans le document brevet O-A-9802921 au nom de la société KOPIN. Le contenu de ce document est à considérer comme inclus dans la présente demande par référence, et les détails concernant les différentes étapes de réalisation des puces et de leur substrat protecteur ne seront pas répétées ici par souci de concision.This technology for producing very thin chips on a protective substrate is described in particular in patent document O-A-9802921 in the name of the company KOPIN. The content of this document is to be considered as included in the present application by reference, and the details concerning the various stages of production of the chips and their protective substrate will not be repeated here for the sake of brevity.
On rappelle dans ce qui suit les caractéristiques générales des produits issus de cette technologie par référence aux figure 1 et 2.
La figure 1 est une vue en plan montrant une partie d'une plaquette 12 issue de la technologie dite de silicium sur isolant (en anglais SOI pour "silicon on insulator") . Les puces 2 sont disposées en lignes de rangées sur un substrat protecteur isolant 4, typiquement du verre, qui constitue la corps de la plaquette 12. Ce substrat isolant 4 sert entre autres à faciliter la manipulation des puces 2, qui sont souples et fragiles en raison de leur minceur (de l'ordre de 10 microns).The general characteristics of the products resulting from this technology are recalled in the following with reference to FIGS. 1 and 2. Figure 1 is a plan view showing part of a wafer 12 from the technology called silicon on insulator (in English SOI for "silicon on insulator"). The chips 2 are arranged in row lines on an insulating protective substrate 4, typically glass, which constitutes the body of the wafer 12. This insulating substrate 4 serves inter alia to facilitate the handling of the chips 2, which are flexible and fragile in because of their thinness (of the order of 10 microns).
Chaque puce 2 est retenue sur le substrat protecteur de verre 4 par des plots adhésifs 6. Ces plots adhésifs 6 sont constitués par des petites aires rectangulaires, tournées à 45° par rapport aux côtés des puces 2 et placées sur les coins respectifs de chaque puce, de sorte qu'en dehors de la périphérie de la plaquette 12 un plot 6 recouvre quatre coins réunis de quatre puces différentes.Each chip 2 is retained on the protective glass substrate 4 by adhesive pads 6. These adhesive pads 6 consist of small rectangular areas, turned at 45 ° relative to the sides of the chips 2 and placed on the respective corners of each chip , so that outside the periphery of the wafer 12 a stud 6 covers four corners joined by four different chips.
La figure 2 est une vue en coupe partielle selon l'axe II-II ' du la figure 1 qui montre la structure d'un ensemble composé d'une puce 2, des plots adhésifs 6 et du substrat protecteur, en l'occurrence du verre.Figure 2 is a partial sectional view along the line II-II 'of Figure 1 which shows the structure of an assembly consisting of a chip 2, adhesive pads 6 and the protective substrate, in this case the glass.
La puce 2 présente vers l'un ou plusieurs de ces bords des plots de connexion électrique 8 qui permettent de relier le circuit réalisé sur la puce avec l'extérieur. Chaque plot de connexion est réalisé par un bossage 8, connu plus généralement sous le terme anglo-saxon de "bump". Les bossages 8 de la puce 2 constituent des points en protubérance à partir de l'une ou l'autre des faces 2a ou 2b de la puce 2, permettant les interconnexions nécessaires avec une interface de communication.The chip 2 has, towards one or more of these edges, electrical connection pads 8 which make it possible to connect the circuit produced on the chip with the outside. Each connection pad is produced by a boss 8, more generally known by the English term "bump". The bosses 8 of the chip 2 constitute points protruding from one or other of the faces 2a or 2b of the chip 2, allowing the necessary interconnections with a communication interface.
Dans l'exemple illustré, les bossages 8 sont formés sur la face 2a de la puce 2, qui est tournée vers le substrat protecteur en verre 4. Cependant, les
bossages 8 peuvent aussi être formés sur la face 2a de la puce tournée vers 1 ' extérieur relativement au substrat protecteur 4.In the example illustrated, the bosses 8 are formed on the face 2a of the chip 2, which faces the protective glass substrate 4. However, the bosses 8 can also be formed on the face 2a of the chip facing outward relative to the protective substrate 4.
Chaque bossage 8 a une forme sensiblement ogivale permettant d ' assurer un bon contact mécanique et électrique avec une plage de connexion correspondante au niveau de son interface de communication.Each boss 8 has a substantially ogival shape making it possible to ensure good mechanical and electrical contact with a corresponding connection pad at its communication interface.
Typiquement, l'épaisseur el des plots adhésifs 6 est suffisante pour que le sommet des bossages 8 ne soit pas en contact avec la face 4a du substrat protecteur 4 qui lui est en regard.Typically, the thickness el of the adhesive pads 6 is sufficient for the top of the bosses 8 not to be in contact with the face 4a of the protective substrate 4 which is opposite it.
On notera que la technologie SOI permet actuellement de réaliser de puces 2 dont l'épaisseur hors tout est de l'ordre de 10 microns, voire substantiellement moins. Cette dimension comprend d'une part l'épaisseur e2 de l'ensemble de la couche formant la puce 2 et d'autre part les surélévations e3 au niveau des plots de connexion 8.It should be noted that SOI technology currently makes it possible to produce chips 2 whose overall thickness is of the order of 10 microns, or even substantially less. This dimension comprises on the one hand the thickness e2 of the whole of the layer forming the chip 2 and on the other hand the elevations e3 at the level of the connection pads 8.
Dans l'exemple représenté à la figure 2, l'épaisseur e2 de la couche de la puce 2 est de l'ordre de 5 microns et le relief e3 des bossages 8 est également de l'ordre de 5 microns.In the example shown in FIG. 2, the thickness e2 of the layer of the chip 2 is of the order of 5 microns and the relief e3 of the bosses 8 is also of the order of 5 microns.
Conformément aux pratiques classiques, on découpe la plaquette le long des lignes D de séparation des puces individuelles afin d'obtenir, pour chaque puce, un ensemble 14 composé de la puce elle-même, la portion de substrat protecteur 4 se trouvant directement sous la puce et les parties des plots adhésifs aux coins de la puce, retenant celle-ci au substrat protecteur. Ensuite, la puce est reportée sur son support définitif, celui-ci pouvant être par exemple un boîtier de composant électronique ou une carte de circuit imprimé. Une fois le report effectué, on retire le substrat protecteur 4 avec les parties des plots
adhésifs 6. Le substrat protecteur 4, ayant alors rempli sa fonction, est ensuite jeté.In accordance with conventional practices, the wafer is cut along the lines D of separation of the individual chips in order to obtain, for each chip, an assembly 14 composed of the chip itself, the portion of protective substrate 4 being located directly under the chip and the parts of the adhesive pads at the corners of the chip, retaining it to the protective substrate. Then, the chip is transferred to its final support, which may for example be an electronic component box or a printed circuit board. Once the transfer has been made, the protective substrate 4 is removed with the parts of the studs adhesives 6. The protective substrate 4, having then fulfilled its function, is then discarded.
Le retrait du substrat protecteur 4 est une opération délicate, étant donné la faible tenue mécanique de la couche de silicium qui constitue la puce 2. Les techniques habituelles utilisées sont le clivage, qui est une opération consistant à découper autour des plot adhésifs 6 pour libérer la puce 2, ou le pelage du substrat du substrat protecteur 4, si la puce est suffisamment bien retenue sur son support de report.Removing the protective substrate 4 is a delicate operation, given the poor mechanical strength of the silicon layer which constitutes the chip 2. The usual techniques used are cleavage, which is an operation consisting in cutting around the adhesive pads 6 to release the chip 2, or the peeling of the substrate from the protective substrate 4, if the chip is sufficiently well retained on its transfer support.
Si la puce 2 est destinée à être associée à un autre composant, par exemple une antenne pour réaliser une interface de communication sans contact, il est nécessaire de prévoir ce composant sur ou à proximité du support sur lequel la puce est reportée. Ensuite, on établit une interconnexion entre la puce et le composant. Cette interconnexion peut être réalisée par un contact direct entre la puce et le composant, ou par des moyens d'amenée de courant reliant ces derniers.If the chip 2 is intended to be associated with another component, for example an antenna for producing a contactless communication interface, it is necessary to provide this component on or near the support on which the chip is transferred. Then, an interconnection is established between the chip and the component. This interconnection can be achieved by direct contact between the chip and the component, or by current supply means connecting the latter.
On constate que les opérations de retrait du substrat protecteur et de réalisation de certains composants sur le support de report sont difficiles à effectuer, qu'ils nécessitent un outillage complexe et sont susceptibles d'endommager le composant, ce qui entraîne des pertes de rendement.It is noted that the operations of removing the protective substrate and producing certain components on the transfer support are difficult to perform, that they require complex tools and are liable to damage the component, which leads to losses in yield.
Au vu de ces problèmes, la présente invention propose un procédé de fabrication de dispositifs électroniques, chacun comportant au moins une puce connectée électriquement à au moins un élément de circuit, la puce ^se présentant sous forme de couche très mince associée à un substrat protecteur, caractérisé en ce que l'on réalise au moins une partie de l'élément de circuit sur le substrat protecteur, ce
dernier formant: une partie intégrante du dispositif fabriqué.In view of these problems, the present invention provides a method of manufacturing electronic devices, each comprising at least one chip electrically connected to at least one circuit element, the chip ^ being in the form of a very thin layer associated with a protective substrate. , characterized in that at least part of the circuit element is produced on the protective substrate, this last forming: an integral part of the manufactured device.
Ainsi, la présente invention permet d'intégrer de manière efficace et élégante un élément qui, dans l'état de la technique, est considéré comme parasite après avoir rempli sa fonction de protection durant la fabrication.Thus, the present invention makes it possible to integrate efficiently and elegantly an element which, in the state of the art, is considered to be parasitic after having fulfilled its protective function during manufacture.
Qui plus est, du fait que l'on garde l'élément de substrat associé à chaque puce, on n'a pas recours à l'opération classique de retrait du substrat protecteur. Or, cette opération demande un outillage et un temps de traitement importants et entraîne des risques d ' endommagement du dispositif en cours de fabrication. Avantageusement, la puce est réalisée selon la technologie de silicium sur isolant, permettant de disposer d'une couche active de très grande minceur.What is more, since the substrate element associated with each chip is kept, there is no recourse to the conventional operation of removing the protective substrate. However, this operation requires significant tools and processing time and involves the risk of damaging the device during manufacture. Advantageously, the chip is produced using silicon on insulator technology, making it possible to have an active layer of very thinness.
Dans un mode de réalisation préféré, l'élément de circuit réalisé sur le substrat protecteur est une antenne destinée à constituer une interface de communication avec la ou chaque puce à laquelle elle est connectée.In a preferred embodiment, the circuit element produced on the protective substrate is an antenna intended to constitute a communication interface with the or each chip to which it is connected.
Pour chaque point de connexion entre la puce et un élément de circuit sur le substrat on peut réaliser un plot de contact respectivement au niveau de la puce et au niveau de l'élément de circuit, formant ainsi une paire de plots de contact en vis-à-vis.For each connection point between the chip and a circuit element on the substrate, a contact pad can be produced respectively at the level of the chip and at the level of the circuit element, thus forming a pair of contact pads facing each other. opposite.
Dans ce cas, chaque plot de contact au niveau de la puce peut se présenter sous la forme d'un bossage. De préférence, chaque plot de contact au niveau de l'élément de circuit se présente sous la forme d'une plage de contact apte à fusionner avec le plot de contact correspondant de la puce.In this case, each contact pad at the level of the chip can be in the form of a boss. Preferably, each contact pad at the circuit element is in the form of a contact pad capable of fusing with the corresponding contact pad of the chip.
Dans un mode de réalisation envisagé, la couche mince est associée au substrat protecteur par des
moyens adhésifs qui maintiennent une séparation entre les faces en regard de la couche et du substrat. Pour la ou chaque connexion entre la puce et 1 ' élément de circuit on réalise alors un plot de contact respectivement sur la puce et sur l'élément de circuit, les plots de contacts correspondant étant sensiblement arrangés en vis-à-vis et se rejoignant ou étant légèrement en retrait l'un de l'autre à l'état de repos avant leur connexion. De préférence, on réalise au moins une connexion entre la puce et 1 ' élément de circuit sur le substrat par soudure, éventuellement en appliquant une pression permettant de réunir des moyens de connexion correspondants de la puce et de 1 ' élément de circuit formé sur le substrat.In one embodiment envisaged, the thin layer is associated with the protective substrate by adhesive means which maintain a separation between the facing faces of the layer and of the substrate. For the or each connection between the chip and the circuit element, a contact pad is then produced respectively on the chip and on the circuit element, the corresponding contact pads being substantially arranged opposite and joining each other. or being slightly set back from each other in the rest state before their connection. Preferably, at least one connection is made between the chip and the circuit element on the substrate by soldering, optionally by applying pressure making it possible to bring together corresponding connection means of the chip and of the circuit element formed on the substrate.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on effectue la ou les soudure(s) en transmettant une énergie de soudure à travers l'épaisseur du substrat protecteur. L'énergie de soudure peut provenir d'un faisceau laser.According to a preferred embodiment of the invention, the weld (s) is carried out by transmitting a weld energy through the thickness of the protective substrate. The welding energy can come from a laser beam.
Dans ce cas, il peut être transmis par une pluralité de chemins optiques, chacun dirigé vers une connexion respective à réaliser entre le substrat et la puce.In this case, it can be transmitted by a plurality of optical paths, each directed towards a respective connection to be made between the substrate and the chip.
De préférence, chaque chemin optique est matérialisé par au moins une fibre optique.Preferably, each optical path is materialized by at least one optical fiber.
Selon une variante, on peut aussi réaliser la soudure par thermocompression. De préférence, on réalise les connexions entre chaque puce et son^ élément de circuit respectif pour un ensemble de puces _ associées à un même substrat protecteur, et on découpe ensuite le substrat protecteur pour former des modules élémentaires composés d'au moins une puce et d'une portion du
substrat protecteur au format de la ou chaque puce formant le module.Alternatively, the thermocompression welding can also be carried out. Preferably, there is provided the connections between each chip and its ^ respective circuit member for a chip set associated with the same _ protective substrate, and then cutting the protective substrate to form individual modules composed of at least one chip and a portion of protective substrate in the format of the or each chip forming the module.
Ainsi, on peut intégrer au moins un module à un objet. Ce module peut alors être apposé sur une surface de l'objet.Thus, at least one module can be integrated into an object. This module can then be affixed to a surface of the object.
Eventuellement, on peut recouvrir au moins la face exposée de la ou chaque puce du module et au moins une partie de la surface de l'objet d'une pellicule protectrice. La présente invention concerne également l'utilisation d'un dispositif électronique issu de procédé tel que décrit plus haut comme moyen d'identification et/ou de suivi d'un objet associé audit dispositif. La présente invention concerne aussi l'utilisation d'un substrat protecteur normalement destiné à protéger une couche active très mince formant des puces selon la technologie dite de silicium sur isolant pour la réalisation sur ledit substrat protecteur d'au moins une partie d'au moins un élément destiné à être connecté une puce correspondante.Optionally, at least the exposed face of the or each chip of the module and at least part of the surface of the object can be covered with a protective film. The present invention also relates to the use of an electronic device resulting from a method as described above as a means of identifying and / or monitoring an object associated with said device. The present invention also relates to the use of a protective substrate normally intended to protect a very thin active layer forming chips according to the technology known as silicon on insulator for the production on said protective substrate of at least a part of at least an element intended to be connected a corresponding chip.
La présente invention a également pour objet un dispositif électronique comportant au moins une puce connectée électriquement à au moins un élément de circuit, la puce se présentant sous forme de couche très mince associée à un substrat protecteur, caractérisé en ce que au moins une partie de l'élément de circμit est réalisé sur le substrat protecteur, ce dernier formant une partie intégrante du dispositif. L'élément de circuit réalisé sur le substrat protecteur peut être une antenne destinée à constituer une interface de communication avec la ou chaque puce à laquelle elle est connectée.The present invention also relates to an electronic device comprising at least one chip electrically connected to at least one circuit element, the chip being in the form of a very thin layer associated with a protective substrate, characterized in that at least a part of the circμit element is produced on the protective substrate, the latter forming an integral part of the device. The circuit element produced on the protective substrate can be an antenna intended to constitute a communication interface with the or each chip to which it is connected.
Chaque point de connexion entre la puce et un élément de circuit sur le substrat peut comprendre un
plot de contact respectivement au niveau de la puce et au niveau de l'élément de circuit, formant ainsi une paire de plots de contact en vis-à-vis.Each connection point between the chip and a circuit element on the substrate can include a contact pad respectively at the chip and at the circuit element, thus forming a pair of facing contact pads.
Chaque plot de contact au niveau de la puce peut se présenter sous la forme d'un bossage.Each contact pad at the chip can be in the form of a boss.
Avantageusement, la couche mince est associée au substrat protecteur par des moyens adhésifs qui maintiennent une séparation entre les faces en regard de ladite couche et dudit substrat. Selon un mode de réalisation préféré, le dispositif se présente sous forme de modules élémentaires composés d'au moins une puce et d'une portion du substrat protecteur au format de la ou chaque puce formant le module. Le module peut ainsi constituer un moyen d'identification ou de suivi d'un objet auquel il est associé. Il peut notamment permettre un échange de données vers l'extérieur par voie hertzienne.Advantageously, the thin layer is associated with the protective substrate by adhesive means which maintain a separation between the facing faces of said layer and said substrate. According to a preferred embodiment, the device is in the form of elementary modules composed of at least one chip and a portion of the protective substrate in the format of the or each chip forming the module. The module can thus constitute a means of identifying or monitoring an object with which it is associated. It can in particular allow an exchange of data towards the outside by hertzian way.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront plus clairement à la lecture des modes de réalisation préférés, donnés purement à titre d'exemples non-limitatifs par référence aux dessins annexés sur les lesquels :The invention will be better understood and its advantages will appear more clearly on reading the preferred embodiments, given purely by way of nonlimiting examples with reference to the appended drawings in which:
- la figure 1, déjà décrite, est une vue en plan montrant un ensemble de puces issues de la technologie- Figure 1, already described, is a plan view showing a set of chips from the technology
SOI et adossées à un substrat protecteur ;SOI and backed by a protective substrate;
- la figure 2, déjà décrite, est une vue en coupe selon la ligne II-II ' de la figure 1, montrant un ensemble composé d'une puce, d'une portion de substrat adossé à la puce et des plots adhésifs retenant la puce au substrat ;- Figure 2, already described, is a sectional view along line II-II 'of Figure 1, showing an assembly consisting of a chip, a portion of substrate backed by the chip and adhesive pads retaining the chip to substrate;
- la figure 3 est une vue en plan d'un substrat protecteur comportant des motifs formant des éléments destinés à être connectés à des puces, conformément à la présente invention ;
- la figure 4 est une vue en plan d'une couche de silicium sur laquelle sont formées des puces selon la technologie dite de silicium sur isolant ;- Figure 3 is a plan view of a protective substrate comprising patterns forming elements intended to be connected to chips, in accordance with the present invention; - Figure 4 is a plan view of a silicon layer on which chips are formed according to the technology known as silicon on insulator;
- la figure 5 est une vue en coupe montrant la disposition d'une puce et de son substrat protecteur réalisé conformément à la figure 4 ; la figure 6 représente schématiquement une opération de soudure entre plots de contact sur les puces et le substrat protecteur conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention ;- Figure 5 is a sectional view showing the arrangement of a chip and its protective substrate produced in accordance with Figure 4; FIG. 6 schematically represents a welding operation between contact pads on the chips and the protective substrate in accordance with a preferred embodiment of the invention;
- la figure 7 est une vue en plan montrant la couche de semiconducteur sur laquelle sont formées les puces avec son substrat protecteur à 1 ' issue de l'opération de soudure ; et - la figure 8 est une vue en coupe d'un module comportant une puce et son substrat protecteur après découpage de l'ensemble représenté à la figure 7.- Figure 7 is a plan view showing the semiconductor layer on which the chips are formed with its protective substrate 1 after the welding operation; and FIG. 8 is a sectional view of a module comprising a chip and its protective substrate after cutting of the assembly shown in FIG. 7.
La figure 3 est une vue en plan d'un plaque de verre destinée à former le substrat protecteur (aussi connu sous le terme de substrat intermédiaire) 4, après les étapes de traitement conformément au mode de réalisation selon l'invention. Ce substrat protecteur 4 est destiné à servir pour la réalisation d'un ensemble de puces selon la technologie de silicium sur isolant (aussi connue sous le terme de SOI pour "silicon on insulator" selon la terminologie anglo- saxonne) .FIG. 3 is a plan view of a glass plate intended to form the protective substrate (also known as an intermediate substrate) 4, after the processing steps in accordance with the embodiment according to the invention. This protective substrate 4 is intended to be used for the production of a set of chips according to the silicon on insulator technology (also known under the term of SOI for "silicon on insulator" according to English terminology).
Cet^te technologie est connue en elle-même ; les modes de réalisation qui sont décrits ici sont basés sur une mise en oeuvre de cette technologie divulguée dans le document ^brevet O-A-98 02921 au nom de la société KOPIN, qui „ permet notamment d'obtenir une couche active formant la puce 2 d'une épaisseur de l'ordre de 10 microns, voire sensiblement moins.
Le substrat protecteur 4 se présente sous la forme d'une fine plaquette circulaire au format de la tranche de silicium sur laquelle sont formées les puces 2. Typiquement, le substrat protecteur 4 présente une épaisseur de l'ordre de 800 microns pour un diamètre d'environ 150 mm.This technology is known in itself; the embodiments which are described here are based on an implementation of this technology disclosed in the document ^ patent OA-98 02921 in the name of the company KOPIN, which „allows in particular to obtain an active layer forming the chip 2 d '' a thickness of the order of 10 microns, or even substantially less. The protective substrate 4 is in the form of a thin circular wafer in the format of the silicon wafer on which the chips are formed 2. Typically, the protective substrate 4 has a thickness of the order of 800 microns for a diameter d '' about 150 mm.
Normalement, le substrat protecteur 4 est vierge de tout élément électriquement actif, son rôle étant purement de servir de support mécanique lors des différentes étapes de l'élaboration de la couche de silicium. En effet, la fragilité de la couche de silicium en raison de son extrême minceur tolérée par la technologie SOI rend nécessaire d'utiliser un substrat protecteur en amont des étapes de traitement, jusqu'à son découpage en puces individuelles et le report des puces sur leur support définitif. Ensuite, on procède normalement au retrait du substrat de verre 4 - ou de la portion de celui-ci restant après le découpage - et à sa mise au rebut, son rôle étant terminé.Normally, the protective substrate 4 is free of any electrically active element, its role being purely to serve as a mechanical support during the various stages of the development of the silicon layer. Indeed, the fragility of the silicon layer due to its extreme thinness tolerated by SOI technology makes it necessary to use a protective substrate upstream of the processing steps, until it is cut into individual chips and the transfer of the chips to their final support. Then, one normally proceeds to the removal of the glass substrate 4 - or of the portion of the latter remaining after cutting - and to its disposal, its role being completed.
En revanche, conformément à la présente invention, on exploite le substrat protecteur 4 pour lui conférer un rôle supplémentaire de support pour un ou plusieurs élément(s) électrique (s) . Dans l'exemple, l'élément électrique est une antenne qui sera associée à chaque puce. Comme le montre la figure 3, on imprime sur une face 4a du substrat 4 un ensemble de motifs 20, chaque motif étant identique et disposé à un emplacement qui sera directement en regard d'une puce lors des étapes ultérieures de fabrication. Ainsi, les motifs 20 sont disposés en rangées de colonnes en exploitant au mieux le contour arrondi du substrat 4. Dans l'exemple, chaque motif comprend une piste électriquement conductrice en forme de spirale 20a avec les extrémités
proches l'une de l'autre, chaque extrémité se terminant par une plage de connexion 20b. Chaque plage de connexion 20b, réalisée dans la continuité de la spirale 20a, est formée par une aire électriquement conductrice suffisamment grande pour établir un bon contact électrique et mécanique avec un plot de contact correspondant de la puce, comme il sera décrit plus loin.On the other hand, in accordance with the present invention, the protective substrate 4 is used to give it an additional role of support for one or more electrical element (s). In the example, the electrical element is an antenna which will be associated with each chip. As shown in FIG. 3, a set of patterns 20 is printed on one face 4a of the substrate 4, each pattern being identical and placed at a location which will be directly opposite a chip during the subsequent manufacturing steps. Thus, the patterns 20 are arranged in rows of columns by making the best use of the rounded outline of the substrate 4. In the example, each pattern comprises an electrically conductive track in the form of a spiral 20a with the ends close to each other, each end ending in a connection pad 20b. Each connection pad 20b, produced in the continuity of the spiral 20a, is formed by an electrically conductive area large enough to establish good electrical and mechanical contact with a corresponding contact pad of the chip, as will be described below.
Diverses techniques peuvent être utilisées pour former les motifs 20 sur le substrat 4. Ce dernier étant classiquement en verre, il est notamment possible de réaliser les motifs 20 par sérigraphie, par impression avec une encre électriquement conductrice avec un pouvoir adhésif sur le verre, par lithographie, par métallisation sous vide, etc. L'épaisseur de la couche de matière électriquement conductrice formant le motif 20 est suffisante pour autoriser une opération de soudure par laser ou par thermocompression avec les plots de contact de la puce 2. Dans l'exemple, les motifs sont réalisés par des métallisations en aluminium d'une épaisseur de l'ordre de 5 microns.Various techniques can be used to form the patterns 20 on the substrate 4. The latter being conventionally made of glass, it is in particular possible to produce the patterns 20 by screen printing, by printing with an electrically conductive ink with an adhesive power on the glass, by lithography, by vacuum metallization, etc. The thickness of the layer of electrically conductive material forming the pattern 20 is sufficient to allow a laser or thermocompression welding operation with the contact pads of the chip 2. In the example, the patterns are produced by metallizations in aluminum with a thickness of the order of 5 microns.
La figure 4 représente la couche active de silicium après découpage en tranche à partir d'un lingot de silicium cristallin. Les éléments de surface 2' destinés à constituer les puces à l'issu du procédé de fabrication sont disposés en rangées de colonnes de la même manière que les motifs 20 sur le substrat protecteur 4.. Chaque puce à l'état précurseur 2' comporte des emplacements 8 ' réservés à la formation de deux plots de contact 8 qui, à l'issue de la fabrication, se présenteront sous forme de bossages 8, à l'instar des bossages décrits par référence à la figure 2. Ces emplacements 8' sont rapprochés l'un de l'autre à proximité d'un coin de la puce 2'. Leur configuration et leur disposition sont prévues de
manière à ce que, pour chaque puce, les deux bossages 8 soient directement en regard des deux plages de connexion respectives 20b du motif formé sur le substrat protecteur 4. La figure 5 est une vue en coupe qui montre le positionnement relatif entre la couche de silicium comportant les puces 2 et le substrat protecteur de verre 4 lorsque ces deux sont réunis. On remarque que la face 4a du substrat comportant les motifs 20 (composé des éléments 20a et 20b) est tournée vers les puces 2. Comme pour 1 ' exemple décrit par référence aux figures 1 et 2 , les puces 2 de la couche de silicium sont fixées par des plots adhésifs 6, chacun ayant une face collée sur un coin d'une puce 2 et l'autre collée sur la face 4a du substrat 4 en regard de la puce. Ces plots adhésifs 6 servent également d* entretoise et permettent notamment d'établir un écart constant et bien contrôlé el entre les faces 4a et 2b du substrat 4 et de la puce 2 qui sont en regard. Dans l'exemple, cet écart el est sensiblement égal ou légèrement supérieur à la somme de la protubérance e3 des bossages 8 relativement au plan général de la surface 2b de la puce 2 et de l'épaisseur e4 de la couche d'impression formant les plages de connexion 20b. De la sorte, en position d'assemblage de la couche de silicium avec le substrat protecteur 4, le sommet de chaque bossage 8 affleure ou se trouve très légèrement en retrait de la face extérieure de sa plage de connexion 20b correspondante. II sera maintenant décrit l'opération de soudure entre les bossages-.8 et les plages 20b de connexion par référence à la figure 6. Cette soudure est réalisée par application d'une énergie de soudure à travers l'épaisseur du substrat protecteur 4.
Dans l'exemple, la soudure est réalisée par des faisceaux laser 22. Chaque faisceau laser 22 traverse le substrat en verre 4 et atteint une plage de connexion 20b sur la face 4a du substrat 4. Dans le mode de réalisation, le laser transmet son énergie simultanément sur plusieurs chemins optiques, chacun dirigé à l'aplomb d'une connexion respective à réaliser. Pour ce faire, on utilise une matrice de fibres optiques dont chaque fibre 24 est reliée par une première extrémité 24a à une source laser 26 et présente une deuxième extrémité 24b contre la face extérieure 4b du substrat, à l'aplomb d'une plage de connexion respective 20b, éventuellement avec une correction pour les phénomènes de réfraction. L'énergie ainsi transmise élève la température des plages de connexion 20b et, par contact thermique, celle des bossages 8. Au besoin, il est possible d'appliquer une légère force sur le substrat 4 ou sur les puces 2 durant cette opération de soudure afin de comprimer les plots adhésifs 6 et ainsi assurer une pression aux points de jonction des bossages 8 avec les plages de connexion 20b.FIG. 4 represents the active layer of silicon after cutting into slices from an ingot of crystalline silicon. The surface elements 2 'intended to constitute the chips at the end of the manufacturing process are arranged in rows of columns in the same manner as the patterns 20 on the protective substrate 4. Each chip in the precursor state 2' comprises locations 8 'reserved for the formation of two contact pads 8 which, at the end of manufacture, will be in the form of bosses 8, like the bosses described with reference to FIG. 2. These locations 8' are close to each other near a corner of the 2 'chip. Their configuration and arrangement are provided for so that, for each chip, the two bosses 8 are directly opposite the two respective connection pads 20b of the pattern formed on the protective substrate 4. FIG. 5 is a sectional view which shows the relative positioning between the layer of silicon comprising the chips 2 and the protective glass substrate 4 when these two are combined. Note that the face 4a of the substrate comprising the patterns 20 (composed of the elements 20a and 20b) faces the chips 2. As for the example described with reference to FIGS. 1 and 2, the chips 2 of the silicon layer are fixed by adhesive pads 6, each having a face bonded to a corner of a chip 2 and the other bonded to the face 4a of the substrate 4 facing the chip. These adhesive pads 6 also serve as a spacer and make it possible in particular to establish a constant and well-controlled gap between the faces 4a and 2b of the substrate 4 and of the chip 2 which are opposite. In the example, this difference el is substantially equal to or slightly greater than the sum of the protuberance e3 of the bosses 8 relative to the general plane of the surface 2b of the chip 2 and of the thickness e4 of the printing layer forming the connection pads 20b. In this way, in the assembly position of the silicon layer with the protective substrate 4, the top of each boss 8 is flush with or is very slightly set back from the outside face of its corresponding connection pad 20b. The welding operation between the bosses-.8 and the connection pads 20b will now be described with reference to FIG. 6. This welding is carried out by applying welding energy through the thickness of the protective substrate 4. In the example, the welding is carried out by laser beams 22. Each laser beam 22 passes through the glass substrate 4 and reaches a connection range 20b on the face 4a of the substrate 4. In the embodiment, the laser transmits its energy simultaneously on several optical paths, each directed directly above a respective connection to be made. To do this, an optical fiber matrix is used, each fiber 24 of which is connected by a first end 24a to a laser source 26 and has a second end 24b against the external face 4b of the substrate, directly above a range of respective connection 20b, possibly with a correction for the phenomena of refraction. The energy thus transmitted raises the temperature of the connection pads 20b and, by thermal contact, that of the bosses 8. If necessary, it is possible to apply a light force on the substrate 4 or on the chips 2 during this soldering operation. in order to compress the adhesive pads 6 and thus ensure pressure at the junction points of the bosses 8 with the connection pads 20b.
L'élévation de la température par l'énergie thermique occasionne la fusion soit des plages de connexion 20b, soit des bossages 8, soit des deux. Cette fusion réalise la soudure entre les plages de connexion et les bossages. Il en résulte que chaque élément, électrique formé sur le substrat protecteur 4 est relié à sa puce correspondante 2 à la fois électriquement et mécaniquement.The rise in temperature by thermal energy causes the fusion of either connection pads 20b, or bosses 8, or both. This fusion produces the weld between the connection pads and the bosses. As a result, each electrical element formed on the protective substrate 4 is connected to its corresponding chip 2 both electrically and mechanically.
Le choix des métaux ou alliages pour les bossages 8 ou les plages de connexion 20b permettant une soudure dans de bonnes conditions est à la portée de l'homme du métier.
Dans l'exemple, le verre constitutif du substrat 4 est transparent aux longueurs d'onde des faisceaux lasers habituellement utilisés pour la microsoudure. Il est notamment possible d'utiliser pour la soudure un laser du type YAGNd émettant à une longueur d'onde de 1,06 microns.The choice of metals or alloys for the bosses 8 or the connection pads 20b allowing welding under good conditions is within the reach of the skilled person. In the example, the glass constituting the substrate 4 is transparent to the wavelengths of the laser beams usually used for microwelding. It is in particular possible to use for welding a laser of the YAGNd type emitting at a wavelength of 1.06 microns.
Le nombre de fibres optiques 24 associées à une même source laser 26 dépend de la puissance de ce dernier, des couplages optiques possibles et des chemins optiques d'une extrémité à l'autre des fibres. Selon les modes de mise en oeuvre, on peut prévoir une ou plusieurs sources laser 26 reliée (s) à une matrice de fibres optiques 24 permettant d'effectuer simultanément toutes les soudures d'une plaquette de puces 2. Il est bien entendu également possible de fractionner le nombre de soudures réalisées en parallèle, de sorte que l'ensemble des soudures nécessaires pour une plaquette de puces 2 soit effectué en plusieurs lots de puces. Par ailleurs, il est possible d'associer non pas une seule fibre optique 24, mais plusieurs à chaque point de soudure pour obtenir un meilleur apport d'énergie.The number of optical fibers 24 associated with the same laser source 26 depends on the power of the latter, the possible optical couplings and the optical paths from one end to the other of the fibers. According to the modes of implementation, one or more laser sources 26 can be provided connected to a matrix of optical fibers 24 making it possible to carry out all the solderings of a chip board 2 simultaneously. It is of course also possible to split the number of welds carried out in parallel, so that all of the welds necessary for a wafer of chips 2 are carried out in several batches of chips. Furthermore, it is possible to associate not a single optical fiber 24, but several with each soldering point to obtain a better energy supply.
En variante, on peut monter une ou plusieurs têtes laser sur un bras robot ou autre automate programmé pour réaliser les soudures séquentiellement sur les points de connexion, aussi à travers l'épaisseur du substrat 4.As a variant, one or more laser heads can be mounted on a robot arm or other automaton programmed to perform the welds sequentially on the connection points, also through the thickness of the substrate 4.
Selon une autre variante, les soudures sont réalisées par un procédé de thermocompression ou par ultrasons. Dans ces cas, les plages de connexion 20b et les plots de contact 8 seront de préférence en aluminium. Ces deux techniques sont en elles-mêmes bien connues et ne seront pas décrites ici par souci de concision. Là aussi, les soudures peuvent être
réalisées par transmission de l'énergie de soudure à travers l'épaisseur du substrat 4.According to another variant, the welds are produced by a thermocompression process or by ultrasound. In these cases, the connection pads 20b and the contact pads 8 will preferably be made of aluminum. These two techniques are in themselves well known and will not be described here for the sake of brevity. Again, the welds can be produced by transmission of the welding energy through the thickness of the substrate 4.
Une fois que l'opération de soudure est terminée pour une plaquette, on obtient un bloc solidaire composé du substrat protecteur 4 et des puces 2 interconnectées, comme le montre la figure 7.Once the welding operation is completed for a wafer, an integral block is obtained composed of the protective substrate 4 and the interconnected chips 2, as shown in FIG. 7.
On peut procéder alors au découpage de la plaquette en ensembles élémentaires 28 suivant les lignes de découpe D représentées à la figure 7. Comme le montre la figure 8, chaque ensemble 28 comprend ainsi une puce 2, une portion du substrat 4, au format de la puce ainsi découpée, comportant un élément électrique (ici une antenne 20) et les portions de plots adhésifs 26. Ces dernières peuvent demeurer collées aux coins entre le substrat 4 et la puce 2 pour contribuer au maintien de l'intégrité de l'ensemble 28.We can then proceed to cut the wafer into elementary assemblies 28 along the cutting lines D shown in FIG. 7. As shown in FIG. 8, each assembly 28 thus comprises a chip 2, a portion of the substrate 4, in the format of the chip thus cut, comprising an electrical element (here an antenna 20) and the portions of adhesive pads 26. The latter can remain stuck to the corners between the substrate 4 and the chip 2 to contribute to maintaining the integrity of the assembly 28.
Dans l'exemple, l'antenne 20 réalisée sur le substrat protecteur 4 est reliée électriquement à des points du circuit contenu dans la puce afin de permettre un échange de données (analogiques et/ou numériques) entre la puce et l'extérieur par voie hertzienne. L'antenne 20 peut servir en outre pour alimenter le circuit contenu dans la puce. Les techniques d'échange de données et d'alimentation à distance par une antenne dans le contexte des puces sont en elles-mêmes connues et ne seront pas décrites ici par souci de concision.In the example, the antenna 20 produced on the protective substrate 4 is electrically connected to points of the circuit contained in the chip in order to allow an exchange of data (analog and / or digital) between the chip and the outside by way over the air. The antenna 20 can also be used to power the circuit contained in the chip. The techniques of data exchange and remote power supply by an antenna in the context of chips are in themselves known and will not be described here for the sake of brevity.
Les. ensembles 28 ainsi individuellement découpés trouvent de très nombreuses applications dans divers domaines, les puces pouvant être conçues pour réaliser toutes sortes de fonctions.The. sets 28 thus individually cut find many applications in various fields, the chips can be designed to perform all kinds of functions.
Quelques exemples non-exhaustifs d'application de puces ainsi réalisées sont donnés ci-après à titre purement indicatifs :
- réalisation de cartes à puce sans contact, par exemple pour le télépéage ou le contrôle d'accès ;Some non-exhaustive examples of the application of chips thus produced are given below for purely indicative purposes: - production of contactless smart cards, for example for electronic toll collection or access control;
- réalisation d'étiquettes électroniques (aussi connues sous le terme anglo-saxon de "tags") à fixation permanente ou provisoire à des objet ou des animaux pour permettre leur identification et leur suivi électroniques par stockage de données, lesquelles peuvent être évolutives, notamment dans les domaines de : - l'élevage, l'écologie ;- production of electronic labels (also known by the English term "tags") permanently or temporarily attached to objects or animals to allow their identification and electronic monitoring by data storage, which can be scalable, in particular in the areas of: - animal husbandry, ecology;
- la surveillance d'objets sujets à litige ou d'enquête en cas d'incident (bouteilles de gaz, récipients de produits toxiques, etc) ; le contrôle d'authenticité d'objets susceptibles d'être contrefaits (produits de luxe, de marques de prestige, disques, vidéos, etc) , ou d'oeuvres ou documents originaux (certificats, titres, billets, etc. ) ; le suivi d'appareils nécessitant un entretien ou une maintenance, par exemple pour inscrire et lire électroniquement l'historique des pièces ou des machines ;- surveillance of objects subject to litigation or investigation in the event of an incident (gas cylinders, containers of toxic products, etc.); checking the authenticity of objects likely to be counterfeit (luxury products, prestige brands, records, videos, etc.), or original works or documents (certificates, titles, tickets, etc.); tracking devices requiring service or maintenance, for example to record and read electronically the history of parts or machines;
- le contrôle contre le vol de marchandises ;- control against theft of goods;
- la réalisation d'objets intelligents; - etc.- the creation of intelligent objects; - etc.
On notera que l'invention permet de réaliser sur le substrat protecteur 4 toute sortes de composants reliés $ la puce qui lui est en regard, ces composants pouvant être, entre autres : - au moins un composant passif : self, capacité, résistance, blindage électromagnétique (par métallisation) ; et/ou,It will be noted that the invention makes it possible to produce on the protective substrate 4 all kinds of components connected to the chip facing it, these components possibly being, among others: - at least one passive component: self, capacitance, resistance, shielding electromagnetic (by metallization); and or,
- au moins un composant actif: circuit intégré, composants électroniques (transistors, diodes, diodes
électroluminescentes, écrans d'affichage de pixels ; et/ou- at least one active component: integrated circuit, electronic components (transistors, diodes, diodes electroluminescent, pixel display screens; and or
- au moins un élément micromécanique : commutateur, micro-actionneur, etc. ; - etc.- at least one micromechanical element: switch, micro-actuator, etc. ; - etc.
Les modules 28 peuvent être collés directement sur la surface du support auquel ils sont destinés. Comme le montre la figure 8, il est possible d'interposer une couche adhesive 32 entre la face 4b du substrat tournée vers le support 30 et la face exposée 30a de celui-ci.The modules 28 can be glued directly to the surface of the support for which they are intended. As shown in Figure 8, it is possible to interpose an adhesive layer 32 between the face 4b of the substrate facing the support 30 and the exposed face 30a thereof.
Enfin, il est possible de recouvrir la face exposée 2a de la puce 2 avec une pellicule de protection 34 une fois le module 28 monté sur son support 30. Dans l'exemple de la figure 8, la pellicule de protection 34 recouvre intégralement le module 28 et au moins une partie de la face exposée 30a du support 30.
Finally, it is possible to cover the exposed face 2a of the chip 2 with a protective film 34 once the module 28 is mounted on its support 30. In the example of FIG. 8, the protective film 34 completely covers the module 28 and at least part of the exposed face 30a of the support 30.