L'invention concerne le domaine des circuits électriques.

Par exemple, des circuits électriques selon l'invention peuvent être des circuits imprimés ou des circuits comprenant une ou plusieurs grilles de connexion constituées d'une feuille de matériau conducteur découpée et co-laminée avec un substrat isolant. De tels circuits électriques sont utilisés par exemple pour la réalisation de contacts pour modules électroniques de carte à puce, d'antennes pour carte à puce, de circuits mixtes comprenant à la fois des contacts et une antenne, etc.

Les cartes à puce ont de multiples usages : cartes de crédit, cartes SIM pour téléphones portables, cartes de transport, cartes d'identité, etc. mais l'invention présente un intérêt particulier pour la réalisation de circuits imprimés comportant des pistes conductrices et/ou des plages de contact visibles sur le produit fini.

A titre d'illustration, si on prend l'exemple des cartes à puce, celles-ci sont généralement constituées d'un support rigide, par exemple en matière plastique, constituant l'essentiel de la carte, dans lequel est incorporé un module électronique fabriqué séparément. Ce module électronique comporte un circuit imprimé généralement flexible muni d'une puce (circuit intégré) et de moyens de connexion de la puce à un dispositif permettant de lire et/ou d'écrire des données dans la puce. Ces moyens de connexion -ou connecteurs- sont par exemple des contacts constitués de pistes métalliques conductrices affleurant sur le module électronique, en surface du support. Outre la nécessité d'avoir une bonne conduction électrique entre la puce et les contacts d'une part et entre les contacts et un dispositif de lecture/écriture d'autre part, les fabricants de cartes à puce souhaitent assortir la couleur des contacts à la ou les couleurs(s) de la carte. A cet effet, les contacts sont généralement recouverts soit d'une couche d'or, pour obtenir une finition dorée, soit d'une couche d'argent ou de palladium, pour obtenir une finition argentée.

Pour obtenir plus de couleurs, il est possible d'utiliser un procédé tel que décrit dans le document US6259035B1 (incorporé par référence). Ce procédé repose sur l'utilisation de solutions à base d'or, de palladium ou d'argent pour obtenir un plus large spectre de couleurs. Cependant ce type de procédé ne permet pas d'obtenir certaines couleurs et notamment une couleur noire.

Un but de l'invention est d'ouvrir la gamme des composants chimiques utilisables pour réaliser des couleurs pour les circuits imprimés comportant des pistes conductrices visibles sur le produit fini, tout en conservant des propriétés électriques et mécaniques appropriés pour leur utilisation dans l'électronique ou la microélectronique.

A cet effet, il a été conçu selon l'invention un circuit électrique comprenant les dispositions suivantes.

Il comporte un substrat et au moins une piste conductrice. Par exemple, le substrat est un substrat de verre-epoxy. Avantageusement, ce substrat est flexible. La piste conductrice est par exemple réalisée par photo-lithogravure. C'est-à-dire en collant et laminant une couche de cuivre sur le substrat, dans laquelle des motifs sont ensuite avantageusement gravés pour réaliser une ou plusieurs plages conductrices qui peuvent être utilisées par exemple comme contacts électriques. De manière alternative, les motifs sont découpés avant de les co-laminer avec un substrat (on parle alors de technologie « lead frame » selon la terminologie anglo-saxonne).

La piste conductrice peut également comporter une ou plusieurs couches de métallisation (par exemple, de nickel, d'or, d'argent, de palladium ou d'un alliage de ceux-ci).

Selon l'invention, le circuit électrique est caractérisé par le fait que la piste conductrice est également au moins partiellement recouverte d'une couche de ruthénium.

Cette couche de ruthénium, comprenant éventuellement de l'oxyde de ruthénium apporte une couleur noire, sans adjonction de particules colorantes.

Le ruthénium confère un aspect noir à la couche conductrice et comme il s'agit aussi d'un métal, il confère à cette couche une conductivité adaptée pour une bonne connexion par pression entre celle-ci et un dispositif de lecture/écriture.

L'épaisseur de ruthénium est avantageusement comprise entre 5 nanomètres et 3 micromètres. Une épaisseur minimale de 25 nm est utile pour obtenir une couleur noire uniforme. Avec une épaisseur de ruthénium inférieure à 25nm, il est possible d'obtenir des effets irisés. Par contre, il n'y a pas ou peu d'intérêt à déposer plus de 3 microns de ruthénium sur la couche conductrice. L'invention concerne aussi un module électronique pour carte à puce obtenu à partir du circuit électrique caractérisé ci-dessus, ainsi qu'un procédé de fabrication de ce circuit électrique.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés sur lesquels :

- La figure 1 représente schématiquement en perspective une carte à puce comportant un exemple de module selon l'invention ;

- La figure 2 représente schématiquement vue de dessus une portion de circuit électrique selon l'invention ;

- La figure 3 représente en coupe, schématiquement et partiellement, un exemple de connecteur pour les modules des figures 1 et 2 ;

- Les figures 4a à 4k représentent schématiquement des étapes d'un exemple de mise en œuvre du procédé selon l'invention ; et

- La figure 5 représente schématiquement un exemple d'empilement de couches que l'on peut obtenir avec le procédé selon l'invention, la nature des couches étant précisée dans le tableau ci-dessous.

Dans ce document, un exemple d'application du circuit électrique selon l'invention est pris dans le domaine de la carte à puce, mais l'homme du métier saura, sans pour cela faire preuve d'activité inventive, transposer cet exemple à d'autres applications des circuits électriques. Notamment, l'invention est particulièrement intéressante dans tous les cas où les pistes conductrices seront visibles sur le produit fini, tel qu'utilisé par le consommateur. Par exemple, la réalisation de contacts de couleur noire pour des cartes mémoires SD ou des clés USB peut apporter une plus-value esthétique.

Selon un exemple d'application du circuit électrique selon l'invention, illustré par la figure 1, une carte à puce 1 comporte un module 2 avec un connecteur 3. Le module 2 est généralement réalisé sous forme d'un élément séparé qui est inséré dans une cavité ménagée dans la carte. Cet élément comporte un substrat 4 (voir Fig. 2) généralement flexible de PET, de verre-epoxy, etc. sur lequel est réalisé le connecteur 3, auquel est postérieurement connectée une puce (non-représentée).

La figure 2 illustre un exemple de portion de circuit électrique, ici un circuit imprimé 5, avec six connecteurs 3. Chaque connecteur 3 comprend une plage de contact 8 formée de pistes conductrices 6. Dans l'exemple illustré huit contacts électriques 7 sont réalisés à partir des pistes conductrices 6. Plus particulièrement, comme représenté en coupe sur la figure 3, un connecteur 3 (c'est-à-dire essentiellement un module sans puce) possède une structure multicouche formée du substrat 4, d'une couche d'adhésif 9, d'une couche de cuivre 10, d'une couche de nickel 11, d'une couche d'or ou de palladium 12 et enfin d'une couche de ruthénium 13.

Les figures 4a à 4k illustrent schématiquement différentes étapes d'un procédé selon l'invention pour la fabrication du connecteur 3. Ces étapes comprennent :

- la fourniture d'un substrat 4 (Fig. 4a),

- l'enduction d'une face du substrat 4 avec une couche d'adhésif 9 (Fig. 4b), - la perforation du substrat 4 muni de la couche d'adhésif 9 afin de réaliser des puits de connexion 14 et éventuellement une cavité 15 dans laquelle sera logée ultérieurement une puce (Fig. 4c),

- le complexage du substrat 4 muni de la couche d'adhésif 9 avec une couche conductrice 10 telle qu'une feuille de cuivre, la réticulation à chaud de la couche d'adhésif 9 et une désoxyadation du complexe ainsi obtenu (Fig. 4d),

- la lamination d'un film sec photosensible 16 (Fig. 4e),

- l'insolation du film photosensible 16 à travers un masque (Fig. 4f),

- le développement du film photosensible 16 (Fig. 4g),

- la gravure chimique de la couche de cuivre 10 dans les zones non protégées par le film photosensible 16 (Fig. 4h),

- la dissolution du film photosensible 16 (Fig. 4i),

- la métallisation des pistes de cuivre 17 obtenues après gravure, en une ou plusieurs étapes pour former une couche de nickel 11 et une couche d'or ou de palladium 12 (Fig. 4j), et

- une nouvelle métallisation pour former une couche de ruthénium 13.

Cette dernière étape est avantageusement réalisée en protégeant par masquage la face arrière 18 (c'est-à-dire la face destinée à ne pas être visible sur le produit fini). Pour ce faire, un masque est appliqué sur la face du circuit électrique opposée à celle recevant les pistes conductrices. En effet, pour obtenir une meilleure soudabilité des fils de connexion à une puce, sur la face arrière des pistes conductrices (opposée à celle, dite avant ou face contact, qui destinée à recevoir le ruthénium), il peut être avantageux d'appliquer un film de protection ou de plaquer une courroie de masquage sur cette face pendant l'étape de dépôt du ruthénium. La couche de ruthénium 13 est déposée par (électrochimie). Elle est comprise entre 5 nanomètres et 3 micromètres. Cette épaisseur ainsi que les conditions de dépôt permettent d'obtenir un dépôt plus ou moins foncé allant des tonalités grises à noire avec l'augmentation d'épaisseur.

La solution de ruthénium est par exemple une solution commercialisée par

Metalor®, Enthone® ou Umicore®,

Le dépôt est réalisé à une température de 65°C +/- 10°C avec une solution contenant 10 +/- 7 g/1 de ruthénium et un pH compris entre 0,1 et 1. Cette solution comporte avantageusement un agent noircissant tel que du thiourée. La couche de ruthénium comporte alors du soufre. La concentration de l'agent noircissant dans le bain permet de faire varier l'intensité de la couleur noire. A titre d'exemple, la concentration de l'agent noircissant est de 0,lg/litre. La vitesse de métallisation est ajustée en fonction du nombre de cellules électrolytiques de métallisation utilisées pour réaliser l'épaisseur de ruthénium voulue. Avec, par exemple, une vitesse de défilement du substrat voisine de lm/mn, le nombre (par exemple 4) et la longueur des cellules sont tels que le substrat est traité pendant 2mn dans la solution de ruthénium. Les conditions de densité de courant sont également ajustées en fonction des surfaces à traiter et des épaisseurs souhaitées. Par exemple, une densité de courant voisine de 3 Ampère par décimètre carré peut être utilisée.

La couche de ruthénium obtenue avec le procédé selon l'invention a une bonne résistance à la corrosion satisfaisant aux spécifications du domaine et une résistance électrique inférieure à 2500 mQ, voire 500mQ.

L'intensité de la couleur de la couche de ruthénium obtenue est 36<L*<42, et plus particulièrement égale à L*=38.

Le tableau ci-dessous présente quelques exemples d'empilements de couches A à D qui peuvent être produits avec le procédé selon l'invention (voir figure 5) :

Parmi les différentes possibilités d'empilements présentées ci-dessus, celles pour lesquelles le ruthénium est déposé sur une couche de palladium donnent de particulièrement bons résultats en termes de résistance. En particulier, l'empilement de ruthénium (avec une épaisseur supérieure ou égale à 50nm), sur 40 à lOOnm de palladium 12, sur 5 à 20 nm d'or (c'est-à-dire un « flash » d'or), sur 1 à 3 μιη de nickel 11 (sur une feuille de cuivre 10), présente une résistance électrique inférieure à 500mQ (mesurée selon la norme ISO 10373-3), une très bonne résistance à la corrosion (notamment en brouillard salin) et une très bonne adhérence des différentes couches les unes aux autres.

Selon une variante du procédé décrit ci-dessus, en réalisant un masque avant l'étape de dépôt du ruthénium, il est possible de réaliser des motifs, tels que des logos, de couleur noire sur fond jaune (couche d'or 12 sous-jacente) ou gris (couche de palladium d'argent ou de nickel 12 sous-jacente). De tels motifs peuvent aussi être réalisés à des fins de personnalisation graphique ou de protection contre la copie.