FR3083892A1 - Carte a puce a double interface de communication et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet une carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, comportant un corps de carte pourvu d'une cavité dans laquelle est reporté un module microélectronique pourvu d'une part d'une interface pour la communication à contact avec un lecteur de carte à puce et dont les plots de sortie sont connectés à des contacts électriques aménagés en surface du module, ledit module étant pourvu d'autre part d'une interface sans contact dont les plots de sortie sont connectés aux extrémités (14, 15) des spires (13) d'une antenne (11) aménagée dans le corps de carte et comportant des pistes gravées à partir d'une couche mince métallique disposée sur un substrat isolant (12), les extrémités (14, 15) de l'antenne (11) étant connectées aux plots de sortie de l'interface sans contact du module par des puits de connexion (18) remplis d'un matériau adhésif électriquement conducteur, caractérisée en ce que les pistes (13) et les extrémités (14, 15) de l'antenne (11) sont en aluminium, et en ce que la surface de contact des extrémités (14, 15) de l'antenne (11) avec le matériau adhésif électriquement conducteur est sensiblement égale à 100 % de la section transversale des puits de connexion.
Description
Carte à puce à double interface de communication et son procédé de fabrication
La présente invention concerne la fabrication des cartes à puce à double interface de communication pour la communication avec un lecteur de cartes à puce. Cette double interface de communication comporte une interface à contacts prévue pour établir une liaison galvanique avec les contacts d'un lecteur, et une interface sans contact utilisant une antenne prévue pour une communication électromagnétique avec l'antenne d'un lecteur.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Dans le domaine des cartes à puce au format ISO 7810 sont d'abord apparues les cartes à puce pourvues d'un module électronique doté simplement d'une interface de communication à contacts. Ce module est typiquement fabriqué séparément, puis reporté dans une cavité aménagée dans un corps de carte.
Dans le cadre du développement d'applications permettant une liaison radiofréquence entre un lecteur et une carte à puce sont apparus des modules microélectroniques dotés à la fois de contacts métalliques normalisés et de plots destinés à être connectés à une antenne disposée dans le corps de carte. L'antenne du corps de carte doit avoir des spires métalliques suffisamment grandes pour capter un flux électromagnétique suffisant pour assurer une portée de communication adéquate avec un lecteur distant.
Un problème récurrent dans ce contexte provient de la nécessité de connecter les extrémités de l'antenne du corps de carte à des plots de sortie, typiquement en cuivre, situés sur le module microélectronique. Cette connexion doit être de bonne qualité sur le plan électrique, et elle doit être fiable dans le temps, et notamment résister à un grand nombre de flexions auxquelles est soumise une carte à puce dans le cadre de son utilisation, faute de quoi la carte à puce perdra sa capacité à fonctionner en mode sans contact. Ces caractéristiques électriques et de fiabilité dépendent notamment de la technologie de fabrication de l'antenne, et du procédé de connexion utilisé pour relier les bornes de l'antenne aux plots de sortie du module microélectronique.
A cet égard, on connaît par le document EP 1 021 792 Al (Gemalto) des antennes filaires en fil de cuivre dont les extrémités se présentent sous la forme de méandres en zigzag destinés à venir en contact avec les plots de sortie de l'interface sans contact du module. Pour assurer une connexion de qualité, ces méandres doivent être réalisés dans un même plan. Cela est difficile à réaliser, et en tout cas impacte de façon négative le rendement de fabrication. En réalité, on a constaté que seule une faible partie du matériau conducteur des méandres est en contact avec les plages de connexion du module. Cela conduit à des risques de rupture de la connexion entre l'antenne et le module lors de l'utilisation de la carte, et la carte ne fonctionne plus alors en mode sans contact.
Par ailleurs, les antennes filaires en cuivre telles que celle décrite dans le document précité ne résistent pas à l'embossage de caractères sur le corps de carte, alors qu'un tel embossage est souvent requis, notamment dans le domaine des cartes bancaires.
Une autre technique connue consiste à fabriquer une antenne filaire en cuivre, sans plages de connexion aux extrémités, et de rapporter séparément des plages de connexion en cuivre pour les positionner et les fixer aux extrémités de l'antenne, par exemple par soudure. Cela est complexe à réaliser et en outre crée un point de fragilité au niveau de la connexion entre les plages de connexion et les extrémités d'antenne.
On a aussi eu l'idée d'utiliser une antenne en cuivre simple face gravée sur une face d'un substrat et de reporter le substrat dans le corps de carte. Mais cette technique nécessite un pont (ou « strap » en terminologie anglo-saxonne) passant au-dessus des spires de l'antenne pour fermer le circuit électronique, et ce strap est non seulement coûteux à réaliser, mais introduit une surépaisseur sur le produit final, qui est peu acceptable par le marché.
Selon une autre technique connue, l'antenne de la carte à puce est réalisée par impression sur le corps de carte de spires et de plages d'extrémité en encre conductrice, mais il s'agit d'un procédé coûteux et posant des problèmes de compatibilité entre les encres et les supports à imprimer.
BUT DE L'INVENTION
La présente invention a pour but général de pallier les inconvénients précités et de proposer une structure de carte à puce et un procédé de fabrication améliorés de cartes à puce à double interface de communication.
L'invention a également pour but particulier de proposer un procédé de fabrication permettant de réaliser des antennes sur des cartes à puce à double interface de communication, qui soit moins coûteux que les procédés connus, conduise à des connexions plus fiables entre l'antenne et le module microélectronique, et qui nécessite moins d'étapes de fabrication que les procédés connus.
OBJET DE L'INVENTION
Dans son principe, la solution selon l'invention consiste à réaliser une antenne en aluminium, gravée sur un support flexible, notamment en PET (polytéréphtalate d'éthylène). Cette antenne gravée comporte des plages de connexion également en aluminium aux extrémités de l'antenne, situées en regard des plots de connexion de l'interface sans contact du module microélectronique, et les plages de connexion ainsi réalisées sont connectées électriquement aux plots de connexion de l'interface sans contact du module au moyen d'un adhésif électriquement conducteur.
L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'une carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact comportant un corps de carte pourvu d'une cavité destinée à recevoir un module microélectronique et un support pourvu d'une antenne destinée à être connectée physiquement à des plots de sortie d'une interface de communication sans contact du module microélectronique, comportant des étapes consistant à :
- approvisionner des couches supérieures et inférieures d'un corps de carte à puce, un support d'antenne, et un module microélectronique à fonctionnement mixte à contact et sans contact ;
- disposer les couches supérieures et inférieures de part et d'autre du support d'antenne et solidariser l'ensemble par lamination à chaud, de manière à obtenir un corps de carte ;
- aménager par fraisage une cavité dans la face supérieure du corps de carte, correspondant à la taille du module microélectronique, et au fond de la cavité, des puits de connexion en regard des extrémités de l'antenne ;
- dispenser un matériau adhésif électriquement conducteur dans les puits de connexion de manière à remplir les puits de connexion ;
- reporter le module microélectronique dans la cavité de façon que les plots de sortie de son interface sans contact viennent en contact avec le matériau adhésif électriquement conducteur ;
- caractérisé en ce que pour approvisionner le support d'antenne, on réalise une couche mince en aluminium sur au moins l'une des faces du support d'antenne, puis on réalise des spires d'antennes dont les extrémités ont une surface sensiblement égale à la section transversale des puits de connexion et sont disposées en regard des puits de connexion.
L'invention a également pour objet une carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, comportant un corps de carte pourvu d'une cavité dans laquelle est reporté un module microélectronique pourvu d'une part d'une interface pour la communication à contact avec un lecteur de carte à puce et dont les plots de sortie sont connectés à des contacts électriques aménagés en surface du module, ledit module étant pourvu d'autre part d'une interface sans contact dont les plots de sortie sont connectés aux extrémités des spires d'une antenne aménagée dans le corps de carte et comportant des pistes gravées à partir d'une couche mince métallique disposée sur un substrat isolant, les extrémités de l'antenne étant connectées aux plots de sortie de l'interface sans contact du module par des puits de connexion remplis d'un matériau adhésif électriquement conducteur, caractérisée en ce que les pistes et les extrémités de l'antenne sont en aluminium, et en ce que la surface de contact des extrémités de l'antenne avec le matériau adhésif électriquement conducteur est sensiblement égale à 100 % de la section transversale des puits de connexion.
Selon un mode de réalisation avantageux, les puits de connexion sont disposés d'une part en regard des plots de sortie de l'interface sans contact et d'autre part en regard des extrémités de l'antenne, de façon que l'assemblage du module microélectronique dans la cavité du corps de carte établisse la connexion électrique entre l'antenne et l'interface sans contact du module.
Selon un mode de réalisation, l'antenne comporte des pistes gravées en aluminium réalisées sur un substrat isolant tel que le PET, le polycarbonate ou le PVC. Selon un mode de réalisation, les pistes de l'antenne sont réalisées de part et d'autre du substrat de façon à constituer une antenne double-face, les deux faces de l'antenne étant ponctuellement reliées à travers le substrat isolant par une liaison de type « crimp ».
DESCRIPTION DETAILLEE
L'invention sera décrite plus en détail en référence aux figures ci-jointes dans lesquelles :
La figure IA représente en vue en perspective la configuration de l'antenne d'une carte à puce conforme à l'état de la technique ;
La figure IB représente une vue en plan agrandie d'une zone de connexion entre l'antenne de la figure IA et un plot de connexion du module microélectronique ;
La figure IC représente une vue en coupe de la zone de connexion de la figure IB ;
La figure 1D représente une vue en coupe similaire à la figure IC, dans le cas où les spires de l'antenne ne sont pas toutes dans un même plan ;
La figure 2 représente une vue en plan d'une antenne pour carte à puce selon l'invention.
La figure 3 représente une vue en coupe d'une carte à puce selon l'invention ;
En référence à la figure IA, qui correspond à la figure 1 du document EP 1 021 792 Al précité, on a représenté un support d'antenne 1 constitué d'un substrat flexible 2 portant les spires 3 d'une antenne en fil de cuivre. Les extrémités 4 de l'antenne 2 sont réalisées en forme de zigzag afin d'augmenter la surface de contact avec les plots de sortie du module microélectronique, en comparaison avec la solution antérieure consistant en une simple soudure ponctuelle entre le fil de cuivre et les plots du module. Ces extrémités en zigzag 4 sont réalisées par torsion du fil d'antenne 3, ce qui leur donne une forme complexe souvent non totalement plane et nuit finalement à une connexion fiable dans le temps.
La figure IB montre un agrandissement d'une extrémité en zigzag 4, en relation avec un plot de contact 5 du module. Comme on le voit, les zones de contact sont constituées par des portions 6a, 6b, 6c de l'extrémité en zigzag 4. Cela permet certes d'agrandir la surface de contact par rapport à une soudure ponctuelle, mais l'essentiel de la surface du contact 5 du plot du module n'est pas connectée à l'extrémité en zigzag 4 de l'antenne, du fait de la différence de surface entre le plot 5 et les portions 6a, 6b, 6C du fil d'antenne.
En outre, afin d'obtenir un produit final bien plan, il est nécessaire, comme représenté en figure IC, d'usiner le fil d'antenne 3 après son incrustation dans le substrat 2. Cela consiste à enlever les zones grisées 7 des brins d'antenne qui dépassent légèrement de la surface du substrat 2. Lorsque les brins de l'antenne sont tous incrustés à une même profondeur dans le substrat 2, comme dans la figure IC, cela ne pose pas de problème particulier. En revanche, si comme illustré en figure 1D, les brins ne sont pas tous dans le même plan, l'opération d'usinage de l'antenne risque de couper entièrement un brin (comme le brin 6b dans la figure 1D), ce qui revient à détruire l'antenne.
Il est donc nécessaire pour atteindre les buts fixés à l'invention, d'utiliser une technologie d'antenne qui soit plane par construction, comme cela est le cas pour les antennes réalisées par gravure à partir d'un substrat revêtu d'une couche mince d'aluminium ou équivalent.
A cet effet, l'invention prévoit, comme représenté dans les figures 2 et 3, d'utiliser une antenne formée de pistes métalliques obtenues par gravure à partir d'une couche mince métallique, et de prévoir des extrémités d'antenne ayant une surface sensiblement égale à la surface du matériau adhésif conducteur qui réalise la connexion entre les extrémités de l'antenne et les plots de connexion du module microélectronique.
Comme représenté en figure 2, l'antenne 11 comporte une pluralité de spires 13 réalisées par gravure à partir d'une couche mince métallique, ayant une épaisseur de l'ordre de 30 micromètres. L'antenne 11 comporte une extrémité interne 14 et une extrémité 17 situées sur une face du substrat (non représenté). Afin de fermer le circuit d'antenne et de ramener une seconde borne d'antenne 15 à l'intérieur des spires au voisinage de l'extrémité interne 14, l'extrémité 17 est reliée par un sertissage (appelé « crimp » en terminologie anglo-saxonne) et une piste 16 également en métal gravé et située sur la face opposée du substrat. On obtient donc une antenne double-face.
Du fait de la réalisation de l'antenne 11 par gravure métallique, l'antenne 11 est parfaitement plane, sans nécessiter une étape d'usinage.
En outre, les extrémités 14 et 15 de l'antenne 11 sont configurées de manière à ce qu'elles soient placées en regard des plots de connexion de l'interface sans contact du module, et que leur surface corresponde sensiblement à 100 % de la surface des puits de connexion (voir figure 3) du corps de carte, destinés à être remplis d'une résine adhésive et électriquement conductrice. De ce fait, la qualité et la fiabilité de la connexion entre l'antenne et le module sont bien supérieures à ce qu'elles sont dans la réalisation connue de la figure 1.
On a représenté en figure 3 une vue en coupe transversale, selon le plan de coupe A-A, d'une carte à puce utilisant l'antenne de la figure 2. Un module microélectronique pourvu d'une puce protégée par une goutte d'enrobage et de plots de connexion à l'antenne 11, est inséré de façon connue dans une cavité du corps de carte. Les plots de connexion du module sont disposés en face de puits de connexion remplis d'une résine adhésive électriquement conductrice. Les puits de connexion remplis de résine conductrice sont situés en regard des extrémités 14, 15 de l'antenne 11. Les extrémités 14, 15 de l'antenne ont une surface de contact équivalente, de préférence, égale, à la surface de la résine conductrice, ce qui assure après assemblage de la carte à puce une excellente connexion mécanique et électrique entre l'antenne 11 et le module.
AVANTAGES DE L'INVENTION
L'invention répond aux buts fixés et permet de pallier les inconvénients des cartes à puce à double interface connues.
En particulier, elle permet de garantir une surface de contact maximale des extrémités d'antenne avec les plots du module, ce qui garantit une meilleure fiabilité du produit final.
En outre, la plage de connexion des extrémités d'antenne est réalisée en une seule fois, par gravure (chimique ou laser), et avec une planéité parfaite compte tenu de la faible épaisseur de la couche métallique.
Par ailleurs, une antenne constituée de pistes d'aluminium est embossable et permet par conséquent d'accroître les dimensions de l'antenne pour empiéter dans la zone des caractères embossés de la carte, ce qui permet de maximiser les performances de communication radiofréquence de la carte. Cet aspect est encore être optimisé grâce à la possibilité de graver les spires de l'antenne sur les deux faces du substrat, reliées par des « crimps » qui ne nuisent pas à la planéité du produit.
Finalement, l'antenne en aluminium et ses plages de connexion sont réalisées au même moment, ce qui consiste en un procédé plus simple et moins coûteux à réaliser et supprime le point de faiblesse des cartes connues au niveau de la connexion entre l'antenne et le module.
Claims (6)
- REVENDICATIONS1 - Procédé de fabrication d'une carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact comportant un corps de carte pourvu d'une cavité destinée à recevoir un module microélectronique et un support pourvu d'une antenne destinée à être connectée physiquement à des plots de sortie d'une interface de communication sans contact du module microélectronique, comportant des étapes consistant à :- approvisionner des couches supérieures et inférieures d'un corps de carte à puce, un support d'antenne, et un module microélectronique à fonctionnement mixte à contact et sans contact ;- disposer les couches supérieures et inférieures de part et d'autre du support d'antenne et solidariser l'ensemble par lamination, de manière à obtenir un corps de carte ;- aménager par fraisage une cavité dans la face supérieure du corps de carte, correspondant à la taille du module microélectronique, et au fond de la cavité, des puits de connexion en regard des extrémités de l'antenne ;- dispenser un matériau adhésif électriquement conducteur dans les puits de connexion de manière à remplir les puits de connexion ;- reporter le module microélectronique dans la cavité de façon que les plots de sortie de son interface sans contact viennent en contact avec le matériau adhésif électriquement conducteur ;- caractérisé en ce que pour approvisionner le support d'antenne, on réalise une couche mince en aluminium sur au moins l'une des faces du support d'antenne, puis on réalise à partir de la couche mince d'aluminium des spires d'antennes dont les extrémités ont une surface sensiblement égale à la section transversale des puits de connexion et sont disposées en regard des puits de connexion.
- 2 - Carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, comportant un corps de carte pourvu d'une cavité dans laquelle est reporté un module microélectronique pourvu d'une part d'une interface pour la communication à contact avec un lecteur de carte à puce et dont les plots de sortie sont connectés à des contacts électriques aménagés en surface du module, ledit module étant pourvu d'autre part d'une interface sans contact dont les plots de sortie sont connectés aux extrémités (14, 15) des spires (13) d'une antenne (11) aménagée dans le corps de carte et comportant des pistes gravées à partir d'une couche mince métallique disposée sur un substrat isolant (12), les extrémités (14, 15) de l'antenne (11) étant connectées aux plots de sortie de l'interface sans contact du module par des puits de connexion (18) remplis d'un matériau adhésif électriquement conducteur, caractérisée en ce que les pistes (13) et les extrémités (14, 15) de l'antenne (11) sont en aluminium, et en ce que la surface de contact des extrémités (14, 15) de l'antenne (11) avec le matériau adhésif électriquement conducteur est sensiblement égale à 100 % de la section transversale des puits de connexion.
- 3 - Carte à puce selon la revendication 2, caractérisée en ce que les puits de connexion (18) sont disposés d'une part en regard des plots de sortie de l'interface sans contact et d'autre part en regard des extrémités (14,15) de l'antenne (11), de façon que l'assemblage du module microélectronique dans la cavité du corps de carte établisse la connexion électrique entre l'antenne (11) et l'interface sans contact du module.
- 4 - Carte à puce selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les pistes (13) et les extrémités (14, 15) de l'antenne (11) sont en aluminium.
- 5 - Carte à puce selon l'une quelconque des revendications 2 à 4 , caractérisée en ce que le substrat isolant (12) est en PET, en PVC ou en polycarbonate.
- 6 - Carte à puce selon l'une quelconque des revendications 2 à 5,5 caractérisée en ce que les pistes (13) de l'antenne sont réalisées de part et d'autre du substrat (12) de façon à constituer une antenne double-face, les deux faces de l'antenne étant ponctuellement reliées à travers le substrat isolant par une liaison (17) de type « crimp ».
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