CA2293460A1 - Procede de fabrication de carte a puce sans contact - Google Patents

Abstract

The invention concerns smart cards, and more particularly those capable operating without contact with an antenna integrated in the card, including mixed cards having standard contacts. The manufacturing method comprises the following operations: assembling superposed plastic sheets by enclosing within the layers an antenna (22) comprising two conductive access zones (60, 24; 62, 26); opening a cavity in the assembly top surface, and exposing the conductive access zones during said opening; gluing an electronic module (M) in the cavity, the module having on its bottom surface, facing inside the cavity, conductive ranges (72) coming into electric contact with the antenna conductive access zones. The antenna conductive access zones consist of the antenna two conductive ends (24, 26) coated with conductive adhesive (60, 62). The conductive adhesive is deposited on the antenna ends after opening the cavity.

Description

PROC~DÉ DE FABRICATION DE CARTE A PUCE SANS CONTACT
L'invention concerne la fabrication des cartes à
puces, et plus particulièrement des cartes capables de fonctionner sans contact à l'aide d'une antenne intégrée dans la carte. Sous cette appellation "carte sans contact", on envisagera d'une part les cartes ne pouvant communiquer avec l'extérieur que par l'intermédiaire de l'antenne, et l0 aussi et surtout les cartes mixtes pouvant communiquer avec l'extérieur soit par l'intermédiaire de l'antenne soit par l'intermédiaire de contacts classiques normalisés.
De telles cartes sont destinées à réaliser diverses opérations, telles que, par exemple, des opérations bancaires, des communications téléphoniques, des opérations d'identification, des opérations de débit ou de rechargement d'unités de compte, et toutes sortes d'opérations qui peuvent s'effectuer soit en insérant la carte dans un lecteur soit à distance par couplage électromagnétique (en principe de type inductif) entre une borne d'émission-réception et une carte placée dans la zone d'action de cette borne.
Les cartes sans contact doivent avoir de préférence des dimensions normalisées identiques à celles des cartes â
puces classiques pourvues de contacts. Ceci est évidemment tout particulièrement indispensable pour les cartes mixtes, et c'est souhaitable pour les cartes fonctionnant uniquement sans contact.
La norme usuelle ISO 7810 définit une carte de 85 mm 3o de long, 54 mm de large, et 0,76 mm d'épaisseur. Les contacts affleurent à des positions bien définies à la surface de la carte.
Ces normes imposent des contraintes sévères pour la fabrication. L'épaisseur très faible de la carte est en particulier une contrainte majeure, plus sévère encore pour

2 PCT/FR98/01192 les cartes sans contact que pour les cartes simplement munies de contact, car il faut prévoir l'incorporation d'une antenne dans la carte.
Les problèmes techniques qui se posent sont des problèmes de positionnement de l'antenne par rapport à la carte, car l'antenne occupe presque toute la surface de la carte, des problèmes de positionnement du module de circuit intégré (comprenant la puce et ses contacts) qui assure le fonctionnement électronique de la carte, et des problèmes de précision et de fiabilité de la connexion entre le module et l'antenne; enfin, des contraintes de tenue mécanique, de fiabilité et de coût de fabrication doivent être prises en compte.
L'invention a pour but de proposer un procédé de fabrication qui permet de résoudre au mieux les différentes contraintes de dimensionnement, de précision de fabrication, de tenue mécanique, et plus généralement de fiabilité, de coût et de rendement de fabrication de la carte.
Pour cela on propose selon l'invention un procédé de fabrication de carte à puce comportant les étapes suivantes:
- assemblage de feuilles de matière plastique superposées en enfermant dans la superposition une antenne comportant deux zones d'accès conductrices;
- ouverture d'une cavité dans une face supérieure de l'assemblage, et mise à jour des zones d'accès conductrices lors de cette ouverture;
- collage d'un module électronique dans la cavité, le module ayant sur sa face inférieure, tournée vers l'intérieur de la cavité, des plages cc°:-3uctrices venant en contact électrique avec les zones d'accès conductrices de l'antenne.
Les zones d'accès conductrices de l'antenne seront de préférence constituées par les extrémités, recouvertes de

3 PCT/FR98/01192 colle conductrice, d'un conducteur d'antenne. Cette colle ',. conductrice sera en principe déposée après ouverture de la cavité, mais elle pourrait également être déposée entre deux phases d'un laminage effectué en plusieurs passes.
De préférence, l'assemblage de feuilles comporte une feuille pourvue de perforations venant au dessus des extrémités de l'antenne, les perforations étant mises à
jour lors de l'ouverture de la cavité et de la colle conductrice étant déposée dans ces perforations.
Comme on le verra, le module électronique peut être de type simple face ou double face, et, dans ce dernier cas, on peut prévoir avantageusement que ce soit un circuit double face sans via de contact entre les deux faces, avec des fils soudés entre la puce et les conducteurs des deux faces. Quelle que soit la réalisation du module, on prêvoit de préférence que la cavité dêfinit un logement à la forme du module, de manière que des conducteurs du module affleurent à la surface supérieure de la carte et constituent ainsi les contacts d'accès à la carte à puce.
Le conducteur d'antenne est de préférence un conducteur imprimé sur une feuille isolante, mais il pourrait être aussi constitué par un fil bobiné enfermé
dans l'assemblage de feuilles de matière plastique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans ' lesquels .
- les figures 1 à 5 représentent les opérations successives du procédé selon l'invention dans un mode de mise en oeuvre;
- la figure 6 représente la constitution d'un module électronique double face sans via conducteurs entre les deux faces;

4 PCT/FR98/01192 - les figures 7 à 9 représentent le procédé selon l'invention dans un deuxième mode de mise en oeuvre.
D'une manière générale, les cartes à puces sans contact seront réalisées par collage (lamination à chaud ou à froid) de feuilles de matière plastique dans lesquelles on aura inséré ou intercalé le conducteur d'antenne, puis ouverture d'une cavité dans les feuilles assemblées pour y créer un logement pour un module de circuit-intégré, ou pour compléter un logement déjà partiellement créé; et mise en place du module de manière que deux plages conductrices du module viennent en contact électrique avec deux extrémités du' conducteur d'antenne, soit directement soit le plus souvent par l'intermédiaire d'une colle conductrice.
Les figures 1 à 5 représentent un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
On part de plusieurs feuilles de matière plastique, ici quatre feuilles 10, 20, 30, 40, qu'on superpose par laminage à chaud ou à froid pour les solidariser ensemble.
On pourrait n'utiliser que deux ou trois feuilles superposées comme on le verra plus loin. L'opération de laminage consiste à presser les feuilles à plat les unes contre les autres en présence éventuelle de substances liantes entre les feuilles. Le découpage de la carte à des dimensions normalisées peut se faire soit avant soit après l'opération de laminage, de préférence après.
La feuille 10, au dessous de l'empilement, constitue un revêtement arrière de la carte â puce.
La feuille 20 porte une antenne c circuit imprir~ ?2, c' est-à-dire un conducteur déposé et c . vé, ou ç :~ î°igr sur la feuille. L'antenne 22 fait en généra plus_-~..i°s tours en suivant la périphêrie extérieure de la carte, pour couper un flux électromagnëtique aussi grand que possible.
L'antenne comporte deux extrémités 24 et 26 légèrement

5 PCT/FR98/01192 espacées l'une de l'autre. L'espacement est choisi en fonction des plages conductrices du module électronique qu'on va insérer dans la carte.
La feuille 30 comporte de préférence deux perforations 34 et 36 situées chacune au dessus d'une extrémitê
respective, 24, 26, de l'antenne. Le contact électrique entre l'antenne et le module de circuit intégré se fera à
travers ces perforations.
Enfin, la feuille 40 constitue un revêtement de face l0 avant de la puce (figure 1).
L'opération de laminage permet de constituer à partir des quatre feuilles une plaquette de matière plastique 50 dans laquelle sont enfermées l'antenne 22 et ses extrémités 24, 26, ces dernières étant au dessous des perforations 34, 36 (figure 2) .
On creuse alors une cavité 52 ayant la forme générale du module électronique qu'il faudra y insérer, la profondeur de la cavité étant telle que les contacts d'accès extérieur du module, qui deviendront les contacts d'accès de la carte pour l'insertion dans un lecteur à
contacts, affleurent à la surface supérieure de la plaquette. Dans le cas général, la cavité a une forme de cuvette double à deux fonds plats, l'un des fonds, 54, étant moins profond, l'autre, 56, étant plus profond. La partie moins profonde arrive au dessus des extrémités 24 et 26, tandis que la partie plus profonde est située entièrement entre les extrémités.
La cavité est de préférence formée par deux opérations de fraisage successives. Après formation de la cavité, les extrêmités 24 et 26 du conducteur d'antenne sont accessibles à travers les perforations 34 et 36; cela veut dire que la profondeur du fond 54 est au moins suffisante pour percer toute l'épaisseur de la feuille 40 et atteindre la feuille 30 et ses perforations (figure 3).

6 PCT/FR98/OI192 On place alors de préférence une goutte de colle conductrice 60, 62 dans chacune des perforations 34 et 36.
Les extrémités de l'antenne ainsi recouvertes constituent les zones conductrices d'accès à l'antenne (figure 4).
Puis, on met en place le module êlectronique M
contenant le circuit-intégré assurant le fonctionnement électronique de la carte à puce. Ce module peut être un module à circuit imprimé simple face ou un module à
circuit-imprimé double face, et dans ce dernier cas il peut avoir deux configurations possibles sur lesquelles on reviendra plus loin. Un module M est représenté sur la figure 4 au dessus de la cavité 52. Dans cet exemple il s'agit d'un module à circuit imprimê double face comportant des conducteurs supérieurs 7o sur la face qui sera tournée vers l'extérieur de la cavité et des conducteurs inférieurs 72 sur la face qui sera tournée vers l'intérieur de la cavité. Les conducteurs sont formés sur une feuille isolante et des via conducteurs relient les conducteurs supérieurs et inférieurs. Une puce noyée dans une résine de protection 74 est montée sur la face inférieure et connectée aux conducteurs 72 (et par là aux conducteurs 70) .
Le module s'adapte dans la cavitê 52 qui a été usinée à ses dimensions. La figure 5 représente le module monté
dans la carte. Deux plages conductrices de la face inférieure du module, disposées juste au dessus des extrémités 24, 26 de l'antenne, sont reliées électriquement à ces deux extrémités grâce à la colle conductrice présente dans les perforations 34 et 36.
La colle conductrice maintient le module en place, mais on peut envisager aussi un maintien supplémentaire par une colle non conductrice déposée dans le fond de la cavité
ou sur la face inférieure du module en dehors des endroits réservés au contact avec les extrémités d'antenne. Une colle conductrice anisotrope, conduisant WO 98/57298 '7 PCT/FR98/01192 perpendiculairement à la couche de colle mais non parallèlement à la couche peut aussi être utilisêe pour éviter des court-circuits entre certaines parties - électriques du module ou de l'antenne qui ne doivent pas être reliées ensemble. Cette colle anisotrope pourrait être déposée à la fois dans les perforations 34, 36 et dans le reste de la cavité 52 sans précaution particulière.
Le procédé est utilisable facilement aussi avec un module de circuit intégré simple face. Dans ce cas, la puce est déposëe sur une grille métallique dont la face supérieure constituera les contacts d'accès de la carte à
puce et dont la face inférieure, tournée vers les extrémités d'antenne, permettra la connexion avec ces extrémités par la colle conductrice. Cette grille métallique sera en génëral recouverte, du côté inférieur, par une feuille isolante. La feuille isolante est ajourée là où le contact doit être fait avec l'antenne, les autres parties conductrices de la face inférieure de la grille étant de préférence protégées soit par cette feuille isolante soit par la résine de protection de la puce.
Dans une variante de réalisation particulièrement intéressante, le module est constitué par un circuit imprimé double face portant la puce de circuit intégré, mais ce circuit double face est réalisé sans via conducteur entre les conducteurs des deux faces, ce qui le rend moins coûteux.
La figure 6 représente en détail la réalisation d'un tel module double face sans via. Le module comprend une feuille isolante 80 avec des premiers conducteurs 70 déposés et gravés sur sa face supérieure (face externe lorsque le module est placé dans la carte), et des seconds conducteurs 72 déposés et gravés sur la face inférieure.
Les premiers conducteurs serviront de contacts d'accés de la carte à puce. Les seconds sont destinés à assurer la liaison de la puce avec l'antenne. La puce de circuit intégré 82 est collée sur la face inférieure et est reliée par des fils soudés d'une part directement à des conducteurs de la face inférieure et d'autre part, à
travers des ouvertures de la feuille isolante, à l'arrière des conducteurs 70 de la face supérieure.
Plus prêcisément, deux fils de liaison soudés partent de la puce et aboutissent à deux conducteurs 72 de la face inférieure, ces conducteurs étant destinés à être connectés aux extrémités de l'antenne. Un seul de ces fils, 84, est représenté sur la figure 6. Et d'autres fils de liaison partent de la puce et sont soudés à l'arrière des conducteurs 70 de la face supérieure en vue de réaliser les accès de la carte dans un lecteur avec contacts. Un seul de ces fils soudés, 86, est représenté sur la figure 6.
L'exemple de réalisation qui a été décrit aux figures 1 à 6 utilise une lamination de quatre feuilles de matière plastique. On comprendra que les feuilles 10 et 20 peuvent étre remplacées par une seule feuille 20, éventuellement plus épaisse, et de même les feuilles 30 et 40 peuvent être remplacées par une seule feuille 30, éventuellement plus êpaisse. Dans ce dernier cas, les perforations 34 et 36 affleurent à la surface de la plaquette laminée 50; les perforations sont alors mises à jour quelle que soit la profondeur du fond 54 de la cavité.
Dans une autre variante de réalisation, les dépôts de colle conductrice 60 et 62 peuvent être faits avant de coller la feuille supérieure 40 sur la feuille 30, mais après collage de la feuille 30 sur la feuille 20. La lamination se fait dans ce cas en deux passages, le dépôt de colle ëtant effectué entre les deux passages. La colle est alors enfermée dans les perforations 34 et 36 et est mise â nu lors de l'usinage de la cavité 52. On peut alors, si on le désire, remettre une dose de colle sur les perforations 34 et 36 déjà remplies de colle, avant de mettre en place le module électronique.

WO 98/57298 g PCT/FR98/01192 Dans une autre variante de réalisation, représentée à
la figure 7, on prévoit qu'une substance anti-adhérente est placée entre deux feuilles de l'assemblage dans la région . prévue pour la cavité de manière à empêcher le collage des deux feuilles dans cette région et à faciliter l'enlèvement de matière dans cette région lors de l'ouverture de la cavité; l'une des feuilles est celle qui porte l'antenne de sorte que l'ouverture de la cavité met à nu les extrémités d'antenne. Plus précisément, la feuille supérieure 30 ne l0 comporte pas de perforations 34 et 36 mais comporte, au dessus de la cavité 52 cette substance anti-adhérente 90 qui empêchera le collage de la feuille 30 sur les extrémités de~l'antenne. Après lamination, le plastique de la feuille 30 est arraché là où il n'est pas adhérent, mettant à nu les contacts et établissant en partie la cavité 52 (figure 8).
La forme définitive de la cavité peut être obtenue par usinage, notamment pour définir une partie plus profonde.
Une goutte de colle conductrice peut alors être déposée sur les extrémités du conducteur d'antenne avant collage du module (figure 9).
Enfin, dans certains cas on peut préférer utiliser une antenne en fil bobiné plutôt qu'une antenne imprimée sur une feuille isolante. Dans ce cas, l'antenne bobinée est ', 25 pressée contre une feuille de matière plastique analogue à
la feuille 20 et est ainsi enfermée dans la carte à puce pendant la lamination à chaud ou à froid. Des perforations telles que 34 et 36 peuvent ètre prévues dans la feuille 30, mais elles ne sont pas obligatoires car on peut prévoir que les extrémités de l'antenne bobinée sont mises â nu pendant l'opération d'usinage de la cavité. Cette solution est en effet possible du fait que le fil bobiné est plus . épais que le conducteur imprimé et qu'on peut donc limiter l'usinage lorsque le fil est mis à nu. Une goutte de colle conductrice peut alors être déposée sur les extrémités de WO 98/57298 1 p PCT/FR98/01192 fil mis à nu avant de mettre en place le module électronique.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication de carte à puce comportant les étapes suivantes :
- assemblage de feuilles de matière plastique (10, 20, 30, 40) superposées en enfermant dans la superposition une antenne (22) comportant deux zones d'accès conductrices (60, 24; 62, 26);
- ouverture d'une cavité (52) dans une face supérieure de l'assemblage, et mise à jour des zones d'accès conductrices lors de cette ouverture;
- collage d'un module électronique (M) dans la cavité, le module ayant sur sa face inférieure, tournée vers l'intérieur de la cavité, des plages conductrices (72) venant en contact électrique avec les zones d'accès conductrices de l'antenne.

2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones d'accès conductrices de l'antenne sont constituées par deux extrémités conductrices (24, 26) de l'antenne recouvertes de colle conductrice (60, 62).

3. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que la colle conductrice est déposée sur les extrémités de l'antenne après ouverture de la cavité.

4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que l'assemblage de feuilles comporte une feuille (30) pourvue de perforations (34, 36) venant au dessus des extrémités de l'antenne, les perforations étant mises à jour lors de l'ouverture de la cavité et de la colle conductrice (60, 62) étant déposée dans ces perforations.

5. Procédé de fabrication selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'assemblage comporte au moins une feuille (20) portant l'antenne conductrice (22), une feuille (30) pourvue de perforations (34, 36) au dessus des extrémités (24, 26) de l'antenne, et une feuille supérieure de fermeture (40), en ce qu'on assemble d'abord les deux premières feuilles (20, 30), on dépose de la colle conductrice dans les perforations, et on assemble la troisième feuille (40), puis, lors de l'ouverture de la cavité, on fait apparaître la colle conductrice, et on met en place le module électronique.

6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le module électronique (M) comporte une puce de circuit-intégré (82) et un circuit imprimé double face sans via conducteurs entre les deux faces, le circuit double face comportant une feuille isolante (80) portant sur une face des premiers conducteurs (70) destinés à servir de contacts d'accès de la carte à puce et sur l'autre face des seconds conducteurs (72) destinés à être reliés à l'antenne, des fils de liaison (86) étant soudés entre la puce et les premiers conducteurs (70) à travers des zones ajourées de la feuille isolante et d'autres fils de liaison (84) étant soudés entre la puce et les seconds conducteurs (72) sans passer à
travers la feuille isolante.

7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'antenne est réalisée sous forme de conducteur imprimé sur l'une des feuilles de matière plastique (20) de l'assemblage.

8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'antenne est réalisée sous forme d'un fil bobiné.

g. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une substance anti-adhérente (90) est placée entre deux feuilles de l'assemblage dans la région prévue pour la cavité de manière à empêcher le collage des deux feuilles dans cette région et à faciliter l'enlèvement de matière dans cette région lors de l'ouverture de la cavité, l'une des feuilles portant l'antenne de sorte que l'ouverture de la cavité met à nu les extrémités d'antenne.