FR2872610A1 - Dispositif de securisation de composants - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif électronique comportant au moins un composant électronique (20), ainsi qu'une couche (28) de protection du composant contre des agressions extérieures mécaniques et/ou chimiques et/ou optiques (30) .
Description
DISPOSITIF DE SECURISATION DE COMPOSANTS
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR
L'invention concerne le domaine de la sécurisation de composants électroniques tels que par exemple des puces de cartes à puce.
Actuellement, un procédé de protection des puces est la protection physique, par des capots reportés par collage. Ces capots sont généralement en Silicium et comportent des pièges pour éviter la suppression du capot sans endommager les puces. Mais ils peuvent cependant être sensibles à certaines agressions mécaniques et/ou chimiques et/ou optiques.
Des dispositifs de protection selon l'art antérieur sont également connus des documents FR 2 792 440 et 2 767 966.
Un autre dispositif connu est illustré sur la figure 1.
Un capot 2 est collé à l'aide d'une couche 6 de colle sur une tranche de silicium amincie. Ce capot sert de bouclier en préservant l'intégrité de la puce grâce à la destruction de celle - ci en cas d'essai d'arrachement du capot.
Une protection active est réalisée à l'aide de moyens 10 anti-intrusion implémentant des contre-mesures spécifiques (ajout de bruit, retards aléatoires dans les transferts de données, filtrage, etc....).
Des contacts 12 peuvent être prévus entre différentes tranches.
Parmi les différents moyens d'attaque de telles structures connues, on rencontre des moyens chimiques qui consistent par exemple à attaquer l'une des faces jusqu'à découvrir les structures actives.
Il existe également ensuite des moyens physiques tels que la microscopie électronique ou des outils de probing qui permettent d'étudier le fonctionnement intrinsèque de la puce.
On est parvenu jusqu'à ce jour à rendre difficile ce type d'attaque.
Il est cependant encore possible d'observer l'intérieur de la puce en utilisant des ondes lumineuses, électromagnétiques ou ultra sonores qui, après réflexion ou transmission sur les différents matériaux ou interfaces, permettent de se faire une idée précise des composants internes.
EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention concerne un dispositif comportant au moins un composant électronique, par exemple sur ou dans un substrat, ainsi qu'une couche de protection du composant.
On cherche ainsi à protéger le composant contre une ou des agressions extérieures, de type mécanique et/ou chimique et/ou optique, cette couche 25 étant disposée sur au moins une des faces du composant ou du substrat.
Selon l'invention, un composant est donc protégé par au moins une couche de protection contre des agressions.
Parmi les composants électroniques du dispositif, on peut avoir au moins une puce et/ou au moins une mémoire, et/ou au moins un capteur et/ou au moins une antenne et/ou au moins une batterie.
Les agressions extérieures peuvent être des rayonnements dits d'intrusion , c'est-à-dire des rayonnements utilisés pour inspecter le composant.
Il peut s'agir également d'agressions nocives pour le composant.
De telles agressions sont par exemple des rayonnements optiques, X ou UV ou visibles ou infra-rouges.
La couche de protection du ou des composant(s) permet avantageusement de diffracter et/ou d'absorber et/ou de réfléchir lesdits rayonnements.
La couche de protection peut avoir la propriété d'émettre un rayonnement, par exemple de type X ou UV ou visible ou IR, en réponse à un rayonnement intrusif de longueur d'onde différente de celle du rayonnement émis.
Elle peut aussi avoir la propriété de bloquer certains rayonnements en transmission, par exemple des rayonnements infra-rouge.
L'invention concerne donc notamment un dispositif comportant au moins un composant électronique, par exemple sur ou dans un substrat, ainsi qu'une couche de protection du composant contre des rayonnements extérieurs, cette couche de protection étant disposée sur au moins une des faces du composant ou du substrat. 10
La couche de protection comporte par exemple une matrice dans laquelle des particules peuvent être noyées.
A titre d'exemple, la matrice est de la colle, ou une résine, ou un polymère, ou un verre....
Les particules peuvent être choisies parmi des métaux, ou des semi-métaux, ou des minéraux, ou des éléments pyrotechniques, comme par exemple le nitrate d'ammonium, ou des oxydes de ces éléments ou des mélanges de ces éléments.
A titre d'exemple on peut citer l'utilisation de particules de titane, et/ou de tungstène, et/ou de diamant, et/ou de silice, et/ou de Nickel et/ou de YAG.
Pour combattre un ou plusieurs types d'agressions, les particules peuvent être choisies en fonction de leur morphologie et/ou de leur stabilité chimique et/ou de leur activité par rapport à un rayonnement.
La densité des particules dans la matrice est de préférence suffisante pour assurer la fonction de protection tout en préservant la cohésion de la couche.
Avantageusement, on choisira une proportion 25 de particules comprises entre 10% et 80% en volume de la couche.
Tout ou partie des particules de la couche de protection peuvent, dans certains modes de réalisation, agir sur le composant par destruction ou détérioration optique et/ou mécanique et/ou chimique du composant, par exemple par effacement de sa mémoire lorsqu'il en contient une.
Par ailleurs, on peut également choisir tout ou partie des particules de la couche, de façon à éviter toute possibilité de surpression mécanique ou chimique, et donc sans détérioration mécanique ou chimique du composant.
La couche de protection peut éventuellement avoir en outre une fonction d'adhérence ou de collage.
Une deuxième couche de protection peut être prévue sur une deuxième face du composant ou de son substrat.
Un dispositif selon l'invention peut comporter en outre un capot de protection assemblé avec le reste de la structure, c'est-à-dire avec le ou les composants, et/ou avec son éventuel substrat, par l'intermédiaire de la couche de protection qui peut, à cet effet, comporter alors en outre une fonction d'adhérence, ou par l'intermédiaire d'une couche de colle.
Dans un mode de réalisation qui peut être complémentaire au précédent, la structure comporte une couche de protection supplémentaire sur la face arrière du composant ou de son substrat.
L'invention peut être appliquée à un dispositif à circuit intégré.
L'invention concerne également un procédé de protection d'un composant électronique contre une ou des agressions optique et/ou mécanique et/ou chimique extérieures, par exemple contre un rayonnement optique X ou UV ou visible ou infra-rouge, comportant l'application d'au moins une couche de protection du composant contre ladite ou lesdites agressions.
Le composant peut être sur ou dans un substrat, la couche de protection étant appliquée sur au moins une des faces du substrat.
La couche de protection peut permettre de réfléchir, ou d'absorber ou de diffracter un rayonnement incident.
Ses propriétés et sa composition peuvent 10 être celles décrites cidessus en liaison avec un dispositif selon l'invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
- La figure 1 représente un dispositif selon l'art antérieur, - les figures 2 et 3 représentent des dispositifs selon l'invention.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Un premier exemple de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 2.
Dans cet exemple, une puce ou un composant 20 est recouverte d'un capot de protection 24, collé à la puce par une couche 28, d'épaisseur pouvant par exemple être comprise entre 1 pm et 50 pm.
La puce ou le composant peut reposer ou être compris dans un substrat (non représenté sur la figure), par exemple une couche de matériau isolant tel que du dioxyde de silicium.
La couche 28 comporte une matrice dans laquelle sont disposées des particules d'une poudre 26 dont les propriétés et/ou la forme permettent de réfléchir, et/ou d'absorber et/ou de diffracter les rayonnements optiques incidents 30. Elles peuvent également être choisies pour leur aptitude à prémunir des agressions mécaniques et/ou des attaques chimiques.
La couche 28 est disposée entre le capot 24 et la puce ou le composant 20.
Dans cet exemple, la couche 28 assure à la fois une fonction de protection et de collage. Ces fonctions peuvent être dissociées, une couche de colle différente de la couche de protection 28 étant ajoutée. En outre, s'il n'y a pas d'élément à coller,la couche 28 peut être utilisée avec sa seule fonction de protection.
Dans la mesure où la couche 28 est rapportée sur les structures, son élaboration peut être indépendante du procédé de fabrication de la puce ou du composant 20.
On trouve dans le commerce des matériaux en 20 poudre de forme et de granulométrie différentes (on parle maintenant de nano-poudres).
Dans la mesure où le matériau constituant la poudre est compatible avec le procédé d'assemblage, le choix peut se faire exclusivement en fonction des propriétés protectrices des particules. Ce matériau est choisi en fonction du type d'agressions dont on cherche à se prémunir (par exemple du nickel pour se prémunir d'attaques plasma, d'autres exemples sont donnés plus loin). Ce matériau est également compatible avec le procédé d'assemblage.
Selon un premier exemple, on utilise la propriété de certains matériaux, soumis à une source d'excitation, d'émettre un rayonnement dans un spectre caractéristique de la composition dudit matériau.
Si des particules 26 possèdent cette propriété et se trouvent à proximité ou au voisinage d'un composant sensible au rayonnement caractéristique émis par ces mêmes particules en réponse au rayonnement de la source d'excitation, la présence de la source pourra être détectée.
Ce rayonnement caractéristique émis peut provoquer la dégradation du composant, voire sa destruction.
Par exemple, dans le cas d'une mémoire, un 15 tel rayonnement peut provoquer l'effacement de son contenu.
En particulier, si le composant considéré est une mémoire de type EPROM, elle peut être effacée par un rayonnement UV de 253,7 nm par exemple.
On peut citer l'exemple de particules 26, notamment de Béta-Barium-Borate (BBO), dont le spectre de ré-émission est, au moins en partie, dans l'ultra-violet, et contenant notamment la longueur d'onde 253,7 nm. De telles particules dispersées dans une couche de polymère transparente aux UV, vont réagir au faisceau incident et provoquer l'effacement des mémoires voisines. Des mémoires peuvent aussi être effaçables sous l'effet de rayons X réémis par les particules 26.
Par ailleurs, cette ré-émission peut contribuer à éblouir un éventuel récepteur qui pourrait avoir été disposé afin d'analyser le signal issu du composant ou de la puce.
Un autre exemple met en oeuvre la propriété de la lumière infrarouge de pouvoir traverser certains matériaux, et notamment le Silicium. En positionnant un dispositif réalisé sur un tel matériau entre une source lumineuse IR et une caméra infra-rouge, il devient possible d'observer les composants en profondeur.
Selon un autre exemple de l'invention, on peut donc mettre des particules 26 métalliques opaques aux infra-rouges, constituées de Fe, et/ou de Ti, et/ou de W, etc.... ou leurs alliages, dont la taille ou le diamètre peut être par exemple compris entre 0,4 pm et 3 pm, dans une matrice, par exemple une résine, par exemple d'épaisseur supérieure ou égale à 10 pm. Les particules, de densité par exemple comprise entre 60% et 80%, permettent alors de faire obstacle au passage du faisceau lumineux.
Il est aussi possible de protéger en outre la puce ou le composant contre des tentatives de gravure chimique et/ou plasma et/ou mécanique. Ainsi, par exemple: - des particules 26 de Ni peuvent entraver la gravure plasma (agression de type chimique), - des particules 26 de silice peuvent entraver la gravure chimique (agressions de type chimique), - des particules 26 de carbure de W peuvent empêcher le polissage mécanique (agressions de type 30 mécanique).
Un mélange de ces différents types de particules aura une fonction de protection contre au moins deux de ces types d'attaque.
Quelle que soit leur nature, les particules 26 peuvent également avoir des formes particulières, facettées afin de réfléchir la lumière en cas d'un éclairage intrusif et/ou avec des angles vifs afin d'endommager (par rayure) la surface de la puce ou d'un composant électronique lors d'une sollicitation mécanique importante, par exemple lors d'un polissage mécanique.
Par un procédé de lithographie, ou de masquage mécanique ( lift-off ), la couche 28 peut ne pas être déposée sur toute la surface du composant ou de son substrat, afin de permettre la connexion par soudage filaire ou insert conducteur, comme décrit dans le brevet FR - 2 792 440.
Les particules 26 peuvent être déposées indépendamment de la matrice, l'ensemble formant la couche 28, ou bien être mélangées à cette matrice avant étalement de la couche 28.
On peut également incorporer les particules 26 à une matrice, telle que par exemple une résine ou un polymère photosensible, soit de manière homogène, soit de manière à éviter la présence des particules dans certaines zones.
Un exemple de réalisation de mélange de poudres métalliques à un polymère est donné dans la publication de J-C. Gelin et T. Barrière, parue dans EN DIRECT , n 148, février 2001 en vue de l'obtention d'objets par moulage et/ou filtrage.
L'objet obtenu peut être de nature composite (polymère + particules métalliques) ou bien massive, après élimination du polymère (par exemple par calcination puis compression isostatique à chaud).
Il est possible d'utiliser un malaxeur pour mélanger pour mélanger une poudre métallique à une solution du matériau de la matrice dans un solvant. Le malaxage peut être effectué à température ambiante.
Pour assurer en outre une fonction de collage on peut remplacer une telle substance plastique par un matériau collant, comme de la colle époxy issue du mélange de deux composants.
Si l'on veut obtenir une interface de collage, la granulométrie de la poudre peut être choisie inférieure ou égale à l'épaisseur de l'interface désirée. On peut utiliser par exemple une poudre de SiC de 0,1 pm à 1 pm de diamètre commercialisée par la société Goodfellow. Le SiC étant très dur, il peut être utilisé pour la protection contre une attaque mécanique.
Des poudres métalliques de différentes natures, très fines, sont également disponibles et peuvent être utilisées.
Des procédés identiques ou similaires à ceux mentionnés ci-dessus peuvent être utilisés pour mélanger des particules 26 à d'autres matrices, par exemple à une résine ou à un verre.
Exemple de réalisation d'un assemblage: 30 1-Mélange: Avec une colle bicomposants (par exemple de la colle E505 de chez EPOTECHNY), un des composants de la colle ou bien le mélange de composants lui-même est versé dans le récipient d'un malaxeur. La poudre métallique choisie est versée petit à petit pendant le malaxage (durée 5 à 10 mn) du liquide. Ensuite on rajoute éventuellement le dernier composant au liquide.
2- Etalement: Il existe plusieurs modes d'étalement du mélange selon la viscosité du liquide et les caractéristiques du dépôt que l'on veut obtenir (épaisseur, uniformité, etc....) . Le mode le plus courant est l'étalement à la tournette, mais on peut utiliser des techniques de sérigraphie voire de spray .
Selon la fluidité de la colle, on peut aussi forcer l'étalement par écrasement d'une goutte dispensée au centre de la plaque lors de la mise en contact des deux surfaces à coller.
3- Pré-traitement: Selon les propriétés du matériau collant, on peut avoir un pré-séchage de la couche avant assemblage par un recuit adapté (par exemple à 90 C pendant deux minutes dans le cas où on utilise de la résine photosensible). Par contre, un pré-recuit avant assemblage n'est pas indispensable pour la colle époxy. On procédera alors simplement à un dégazage sous vide de la colle afin de ne pas piéger des bulles d'air à l'interface de scellement.
4-Assemblage: La plaque enduite (par exemple le composant 20 de la figure 2) est alignée par rapport à l'élément avec lequel elle doit être assemblée, par exemple la plaque 24 à coller. Puis une pression de 15 à 30 kg/cm2 est exercée. L'ensemble est simultanément ou ultérieurement chauffé à une température comprise entre 100 et 200 C pendant quelques minutes, ces paramètres étant fonction de la colle jusqu'à ce que celle- ci polymérise.
L'invention a été décrite en liaison avec la figure 2, qui représente un capot sur une puce. Cependant, une couche telle que la couche 28 et ses particules 26 telles que décrites ci-dessus peut être appliquée à toute structure de composant nécessitant une protection contre des agressions. Ce peut être par exemple une structure à circuit intégré telle que notamment décrite dans l'un des documents FR - 2 792 440 ou FR - 2 767 966. Une telle structure comporte, par exemple comme illustré sur la figure 3: - une couche 40 active comprenant: - un matériau semi-conducteur, - un circuit intégré à une face 42 active de ladite couche 40 active, ledit circuit intégré 25 comportant des éléments de circuit et au moins un plot de contact affleurant à ladite face active, une couche 43 complémentaire fixée à ladite face 42 active, ladite couche 43 complémentaire couvrant au moins partiellement ledit circuit intégré 30 de ladite couche active 40.
La couche 28 de matériau de protection selon l'invention, avec ses particules 26, peut être incorporée entre la couche 43 et la face 42.
Par ailleurs, sur les figures 2 et 3, une couche 28 a été représentée sur une des faces du composant ou de la puce 20. Mais deux couches peuvent être déposées, une sur chaque côté de la puce ou du composant 20.
Claims (22)
1. Dispositif électronique comportant au moins un composant électronique (20), ainsi qu'une couche (28) de protection du composant contre des agressions extérieures mécaniques et/ou chimiques et/ou optiques (30).
2. Dispositif selon la revendication 1, le composant étant sur ou dans un substrat (40), la couche de protection (28) étant disposée sur au moins une des faces du substrat.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comportant au moins une mémoire, et/ou au moins un capteur et/ou au moins une antenne et/ou au moins une batterie et/ou au moins une puce.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, la couche (28) de protection étant une couche de protection du composant contre des rayonnements optiques (30).
5. Dispositif selon la revendication 4, la couche de protection permettant de diffracter et/ou d'absorber et/ou de réfléchir lesdits rayonnements optiques et/ou de ré-émettre, sous l'influence d'un rayonnement incident (30), un rayonnement dans le domaine des rayons X ou des ultra-violets.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, la couche de protection comportant une matrice (28) dans laquelle sont noyées des particules (26).
7. Dispositif selon la revendication 6, la matrice comportant de la colle, ou une résine, ou un polymère, ou un verre.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, les particules ayant la propriété de ré-émettre, sous l'influence d'un rayonnement incident, un rayonnement dans le domaine des rayons X ou des ultra-violets.
9. Dispositif selon l'une des revendication 6 à 8, les particules ayant la propriété d'être opaques aux rayonnements infra - rouges.
10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, les particules étant choisies parmi des métaux, ou des semi-métaux, ou des minéraux, ou des éléments pyrotechniques, par exemple du nitrate d'ammonium, ou des oxydes de ces éléments ou des mélanges de ces éléments.
11. Dispositif selon la revendication 10, les particules étant des particules de Titane, et/ou de Tungstène, et/ou de Fer, et/ou de Diamants, et/ou de silice et/ou du carbure de silicium et/ou de carbure de tungstène.
12. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 11, au moins une partie des particules présentant des facettes de réflexion du rayonnement et/ou des angles vifs.
13. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 12, la densité des particules dans la matrice étant suffisante pour assurer la fonction de protection tout en préservant la cohésion de la couche.
14. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, les particules étant en proportion comprise entre 10% et 80% en volume de la couche.
15. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 14, tout ou partie des particules de la couche de protection pouvant en outre agir sur le composant par destruction et/ou détérioration optique et/ou mécanique et/ou chimique du composant.
16. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 15, la couche (28) de protection 25 assurant en outre une fonction de collage.
17. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 16, la structure comportant une couche de protection supplémentaire sur la face arrière du substrat du composant.
18. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 17, comportant en outre un capot (24) de protection assemblé avec le reste de la structure.
19. Dispositif à circuit intégré comportant un dispositif électronique selon l'une des revendications 1 à 18, le composant électronique étant un circuit intégré.
20. Procédé de protection d'un composant électronique (20) contre une agression extérieure mécanique et/ou chimique et/ou optique (30), comportant l'application d'une couche (28) de protection du composant contre ladite agression.
21. Procédé selon la revendication 20, le composant étant sur ou dans un substrat, la couche de protection étant appliquée sur au moins une des faces du substrat.
22. Procédé selon la revendication 20 ou 21, la couche de protection permettant de réfléchir, ou d'absorber ou de diffracter le rayonnement incident.
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