CA2321893A1 - Dispositif electronique a memoire electronique sans contact, et procede de fabrication d'un tel dispositif - Google Patents
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Abstract
L'invention propose un dispositif électronique sans contact (10), tel qu'une carte, une étiquette, un ticket ou un jeton, comportant au moins un microcircuit électronique (20) qui est agencé dans l'épaisseur d'un support rigide ou semi-rigide et qui comporte des plots reliés (26) à une antenne d'interface (24) agencée dans l'épaisseur du support, ce dernier comportant au moins deux feuilles opposées, inférieure (12) et supérieure (14), de protection, caractérisé en ce qu'il comprend un empilage: d'une feuille inférieure de protection (12) dont la face interne (22) porte au moins un microcircuit électronique et au moins une antenne d'interface (24); d'une feuille intermédiaire (14) de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies de colle; et d'une feuille supérieure de protection (16).
Description
2 PCT/FR99/00291 Dispositif électronique à mémoire électronique sans contact, et procédé de fabrication d'un tel dispositif s La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif électronique sans contact flexible et pliable de fine épaisseur (10), tel qu'une carte, une étiquette, un ticket ou un jeton, comportant au moins un microcircuit électronique (20} qui est agencé dans l'épaisseur d'un support io et qui comporte des plots reliés à une antenne (24) d'interface agencée dans l'épaisseur du support, ce dernier comportant au moins deux feuilles opposées, inférieure (12) et supérieure (16}, de protection, ledit procédé comprenant les étapes consécutives suivantes is On connaît de nombreux exemples de tels dispositifs électroniques, couramment appelés cartes à puce, qui sont soit des cartes rigides dont le support est réalisé en matière plastique, soit des étiquettes, dites « étiquettes électroniques », pour l'étiquetage de produits de grande 2o consommation qui sont à usage unique, c'est-à-dire qui ont pour but d'étre collées une fois sur un produit et qui sont constituées essentiellement par une feuille de papier.
II existe ainsi un besoin pour un dispositif électronique du type mentionné précédemment, par exemple une carte à
2s puce sans contact de fine épaisseur (épaisseur inférieure par exemple à environ 400 Nm, voire 280 Nm) et flexible voire pliable en deux, qui puisse étre utilisée plusieurs fois, dont le coût soit particulièrement réduit de méme que son épaisseur pour pouvoir étre utilisé dans de nombreuses applications 3o faisant appel à une puce à mémoire électronique pour lesquelles il est aujourd'hui impossible, pour des raisons de coût et/ou d'épaisseur du support, de faire appel à des cartes, des étiquettes, des tickets ou des jetons à mémoire électronique sans contact.
II existe également un besoin pour des dispositifs plus résistants autorisant une manipulation sans précaution voire s quelques pliages en deux sans altération de leur fonctionnement. C'est le cas par exemple de tickets de métro.
Alternativement, il existe un besoin pour des. dispositifs sans contact très fins et d'excellente qualité de surface pouvant servir de support à une impression de haute qualité.
lo C'est le cas notamment de carte à jouer ou de carte d'identité.
Dans ce but, l'invention propose un procédé de fabrication d'un dispositif électronique du type mentionné
précédemment, comprenant les étapes consécutives suivantes:
a) réaliser une feuille inférieure de protection en ls a1 ) posant au moins un microcircuit électronique sur la face interne de la feuille inférieure;
a2) réalisant au moins une antenne d'interface sur la face interne de la feuille inférieure, notamment par sérigraphie ;
2o a3) raccordant électriquement des plots du micro-circuit électronique à l'antenne d'interface ;
b) réaliser un empilage en superposant ia feuille inférieure de protection, une feuille intermédiaire de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont 2s munies de colle, et une feuille supérieure de protection;
c) assembler les trois feuilles superposées en les comprimant.
Selon d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention 30 - l'étape c) d'assemblage consiste en une opération de laminage à chaud ;
II existe ainsi un besoin pour un dispositif électronique du type mentionné précédemment, par exemple une carte à
2s puce sans contact de fine épaisseur (épaisseur inférieure par exemple à environ 400 Nm, voire 280 Nm) et flexible voire pliable en deux, qui puisse étre utilisée plusieurs fois, dont le coût soit particulièrement réduit de méme que son épaisseur pour pouvoir étre utilisé dans de nombreuses applications 3o faisant appel à une puce à mémoire électronique pour lesquelles il est aujourd'hui impossible, pour des raisons de coût et/ou d'épaisseur du support, de faire appel à des cartes, des étiquettes, des tickets ou des jetons à mémoire électronique sans contact.
II existe également un besoin pour des dispositifs plus résistants autorisant une manipulation sans précaution voire s quelques pliages en deux sans altération de leur fonctionnement. C'est le cas par exemple de tickets de métro.
Alternativement, il existe un besoin pour des. dispositifs sans contact très fins et d'excellente qualité de surface pouvant servir de support à une impression de haute qualité.
lo C'est le cas notamment de carte à jouer ou de carte d'identité.
Dans ce but, l'invention propose un procédé de fabrication d'un dispositif électronique du type mentionné
précédemment, comprenant les étapes consécutives suivantes:
a) réaliser une feuille inférieure de protection en ls a1 ) posant au moins un microcircuit électronique sur la face interne de la feuille inférieure;
a2) réalisant au moins une antenne d'interface sur la face interne de la feuille inférieure, notamment par sérigraphie ;
2o a3) raccordant électriquement des plots du micro-circuit électronique à l'antenne d'interface ;
b) réaliser un empilage en superposant ia feuille inférieure de protection, une feuille intermédiaire de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont 2s munies de colle, et une feuille supérieure de protection;
c) assembler les trois feuilles superposées en les comprimant.
Selon d'autres caractéristiques du procédé selon l'invention 30 - l'étape c) d'assemblage consiste en une opération de laminage à chaud ;
3 - la feuille intermédiaire de collage comporte un évidement au droit du microcircuit électronique ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de colle thermofusible ;
s - la feuille intermédiaire de collage est une feuille de papier dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies d'une couche de colle thermofusible ;
- lors de l'étape a) de réalisation de la feuille inférieure de protection, les opérations a1 ), a2) et a3) sont réalisées lo successivement ;
- l'une au moins des feuilles de protection est à base de papier.
- le procédé comporte une étape supplémentaire d'impression sur l'une et/ou l'autre des faces externes des Is deux feuilles inférieure et supérieure de protection du support.
De préférence l'impression est réalisée avant le report de l'antenne et/ ou la puce.
- il comporte une étape supplémentaire de découpe du dispositif électronique, selon un contour déterminé de carte, 2o d'étiquette, de ticket ou de jeton ;
- on réalise simultanément plusieurs dispositifs électroniques à partir de feuilles de protection et d'une feuille de collage en rouleaux, et on sépare les dispositifs électroniques lors de l'étape supplémentaire de découpe.
2s L'invention concerne aussi un dispositif électronique sans contact du type mentionné précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend un empilage - d'une feuille inférieure de protection dont la face interne porte au moins un microcircuit électronique et au moins 3o une antenne d'interface ;
- d'une feuille intermédiaire de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies de colle ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de colle thermofusible ;
s - la feuille intermédiaire de collage est une feuille de papier dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies d'une couche de colle thermofusible ;
- lors de l'étape a) de réalisation de la feuille inférieure de protection, les opérations a1 ), a2) et a3) sont réalisées lo successivement ;
- l'une au moins des feuilles de protection est à base de papier.
- le procédé comporte une étape supplémentaire d'impression sur l'une et/ou l'autre des faces externes des Is deux feuilles inférieure et supérieure de protection du support.
De préférence l'impression est réalisée avant le report de l'antenne et/ ou la puce.
- il comporte une étape supplémentaire de découpe du dispositif électronique, selon un contour déterminé de carte, 2o d'étiquette, de ticket ou de jeton ;
- on réalise simultanément plusieurs dispositifs électroniques à partir de feuilles de protection et d'une feuille de collage en rouleaux, et on sépare les dispositifs électroniques lors de l'étape supplémentaire de découpe.
2s L'invention concerne aussi un dispositif électronique sans contact du type mentionné précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend un empilage - d'une feuille inférieure de protection dont la face interne porte au moins un microcircuit électronique et au moins 3o une antenne d'interface ;
- d'une feuille intermédiaire de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies de colle ;
4 - et d'une feuille supérieure de protection.
Selon d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention - la feuille intermédiaire de collage comporte un s évidement au droit du microcircuit électronique ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de colle thermofusible ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de papier dont les deux faces opposées inférieure et supérieure io sont munies d'une couche de colle thermofusible ;
- l'une au moins des feuilles de protection est à base de papier.
- Le dispositif a une épaisseûr inférieure à 400 Nm, voire 280 ~tm.
is - la feuille supportant l'antenne et le microcircuit (la puce) a une épaisseur inférieure ou égale à 75 Nm.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux 2o dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en section longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une carte à
puce réalisée conformément aux enseignements de l'invention et sur laquelle l'empilage des trois feuilles qui la constituent 2s est illustré avant l'opération de laminage à chaud ;
- la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui illustre un deuxième mode de réalisation d'une carte à
puce réalisée conformément aux enseignements de l'invention;
- les figures 3A à 3C illustrent de manière schématique 30 les trois opérations permettant de réaliser une feuille inférieure de protection en papier pour un dispositif électronique conforme aux enseignements de l'invention ; et WO 99/~14172 PCT/FR99/00291 s - la figure 4 est une vue schématique illustrant la réalisation de l'empilage par superposition des trois feuilles constitutives du support d'une carte à puce ~ réalisée conformément aux enseignements de l'invention.
s Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence, et dans la description et les revendications, les termes inférieur, supérieur, vertical, etc.
seront utilisés à titre non limitatif en référence aux figures io pour faciliter les explications.
Par définition, on entend par flexible, une propriété
mécanique identique à celle des cartes à jouer.
Le cas échéant, le produit de l'invention est conçu de manière à pouvoir être manipulé comme un ticket de métro, ls enroulé voire plié à la main sans altération de son fonctionnement émetteur récepteur.
On a représenté à la figure 1 une carte à puce 10 qui est constituée par un empilage vertical de trois feuilles 12, 14 et 16.
2o La feuille inférieure 12 est une première feuille de papier dont l'épaisseur est par exemple égale à 75 microns réalisée en papier « Maine » commercialisé par la société
Arjo-Wiggins.
La feuille inférieure de papier 12 constitue une feuille 2s inférieure de protection de la carte 10 tandis que la feuille supérieure 16, de même constitution et de même épaisseur que la feuille inférieure 12 constitue une feuille supérieure de protection en papier de la carte 10.
La feuille intermédiaire 14 est une feuille de collage 3o mutuel des deux feuilles inférieure 12 et supérieure 16 qui, dans ce premier mode de réalisation, est une feuille ou film de colle thermofusible, aussi appelée feuille « Hot Melt » d'une épaisseur de 100 microns commercialisée par la société
Polyconcept. Cette feuille hot melt a l'avantage d'étre molle à
température ambiante et de ne pas endommager la puce lors de l'empilage.
s Conformément à une caractéristique de l'invention, lorsque la feuille intermédiaire de collage 14 est dure comme du papier, elle peut comporter éventuellement un évidement ou fenêtre 18 q.ui est agencé verticalement au droit d'un microcircuit électronique 20, ou puce, posé sur la face io supérieure interne 22 de la feuille inférieure 12.
Le microcircuit électronique 20 est relié à une antenne d'interface 24 qui, selon une technique connue, est par exemple réalisée par sérigraphie sur la face supérieure 22 au moyen d'une encre conductrice à base d'argent qui est par 1s exemple l'encre E520 commercialisée par la société Dupont de Nemours.
Le microcircuit électronique 20 est par exemple un « Chip Mifare Amtel AT 8100 » dont l'épaisseur est réduite à
par exemple 70 microns. II peut étre fixé sur la face 22 par 2o exemple par collage.
Le raccordement électrique de plot du microcircuit électronique ou module électronique 20 à l'antenne d'interface 24 est réalisé, selon une technique connue, de préférence par des cordons 26 de colle conductrice qui est par exemple de la 2s colle commercialisée sous la dénomination « Ablestick Silver Glue ».
Le second mode de réalisation illustré à la figure 2 diffère du premier mode de réalisation qui vient d'étre décrit par la structure de la feuille intermédiaire de collage 14.
so En effet, la feuille de collage 14 est ici constituée par une feuille intermédiaire de papier 14A dont les deux faces externes opposées sont revêtues d'une couche de colle thermofusible 148, le composite qui constitue ainsi la feuille intermédiaire de collage 14 étant interposé entre les feuilles inférieure 12 et supérieure 16 de protection en papier de la même manière que la feuille de collage 14 de la figure 1 qui s est constituée uniquement par un film de colle thermofusible.
On décrira maintenant un exemple d'un procédé de fabrication des cartes 10 illustrées à la figure 1 ou à la figure 2.
Afin de proposer un procédé industriel permettant de lo fabriquer en grande série des dispositifs électroniques, tels que les cartes 10, plusieurs dispositifs sont réalisés simultanément et/ou à la file en faisant notamment appel pour les trois feuilles 12, 14 et 16 à des bandes ou rouleaux continus.
ls II faut tout d'abord réaliser les feuilles inférieures 12 de protection en papier.
Dans ce but, comme cela est illustré à la figure 3A, on part d'une feuille de papier 12 sur la face supérieure 22 de laquelle on colle, pour chaque dispositif électronique à
2o réaliser, un microcircuit électronique ou module 20.
Ensuite, comme cela est illustré à la figure 3B, on réalise les antennes 24, de préférence par sérigraphie sur la face supérieure 22. Alternativement, on peut réaliser l'antenne préalablement à la fixation et connexion du module.
2s Enfin, comme cela est illustré à la figure 3C, on réalise les connexions ou raccordements électriques des microcircuits électroniques 20 aux antennes 24 par dép8t de cordons 26 de colle conductrice.
Ainsi, à la fin de l'opération illustrée à la figure 3C, on so dispose d'une bande ou d'un rouleau d'une feuille de papier inférieure 12 qui doit ensuite être associée par empilage aux autres feuilles 14 et 16.
Cette étape suivante est illustrée à la figure 4 sur laquelle on a représenté de manière schématique en perspective éclatée l'empilage de la feuille inférieure 12 préalablement réalisée, d'une feuille intermédiaire de collage s 14 dans laquelle on a, le cas échéant, préalablement réalisé
les fenétres ou découpes 18, et d'une feuille supérieure 16 de protection en papier.
L'empilage ou sandwich ainsi réalisé est ensuite, lors d'une étape suivante, non représenté sur les figures, assemblé
io en comprimant à chaud les trois feuilles superposées 12, 14 et 16, par exemple au cours d'une opération de laminage à
chaud, c'est-à-dire é une température permettant de provoquer la fusion de la colle thermofusible constituant en elle-même la feuille intermédiaire 14 (figure 1 ) ou constituant les couches is 14B de colle de la feuille intermédiaire de collage 14 (figure 2).
Cette opération de laminage, aussi appelée lamifiage, permet d'associer définitivement les trois feuilles de l'empilage et de réduire l'épaisseur totale du dispositif électronique ainsi Zo réalisé à une valeur inférieure ou égale à 260 microns.
Au cours de l'opération de laminage, la présence d'une fenêtre 18 au droit de chaque microcircuit électronique 20 permet d'éviter d'endommager ceux-ci.
Afin d'assurer la mise en correspondance des fenêtres 2s 18 avec les microcircuits électroniques 20, il est bien entendu nécessaire de prévoir des moyens d'indexation des rouleaux ou bandes des feuilles 12 et 14.
A l'issue de l'étape d'assemblage par laminage à chaud;
on dispose d'une bande ou d'un rouleau dans laquelle les 3o dispositifs électroniques, qu'il s'agisse de cartes, d'étiquettes, de tickets ou de jetons, doivent ensuite étre découpés par des moyens connus, par exemple selon une technique à l'emporte-pièce.
Lors d'une étape supplémentaire, préalable ou postérieure à la découpe des dispositifs électroniques, il est s bien entendu possible d'imprimer l'une et/ou l'autre des faces externes des feuilles inférieure 12 et supérieure 16 de protection en papier.
L'invention permet ainsi de disposer de dispositifs électroniques à mémoire électronique sans contact de coût io réduit et d'épaisseur réduite permettant de remplacer d'autres produits comportant des moyens d'identification, tels que par exemple les tickets souples à piste magnétique ou a code barre, ces nouveaux dispositifs électroniques étant de plus biodégradables.
is L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et au procédé qui viennent d'âtre décrits.
Les différentes opérations permettant notamment d'aboutir à la réalisation de la feuille inférieure de protection en papier 12 munie du microcircuit électronique 20 et de 20 l'antenne 24 peuvent être réalisées selon d'autres technologies connues, l'antenne pouvant par exemple être réalisée dans un premier temps et le raccordement du microcircuit électronique étant réalisé automatiquement lors de la pose de ce dernier avec ses plots conducteurs de contact 2s tournés vers la face supérieure 22 et posés directement sur des tronçons conducteurs de l'antenne 24(< Flip Chip »).
Le raccordement d'un microcircuit électronique 20 à
l'antenne 24 pourrait âtre réalisé selon une technique de microcâblage ou de soudage des connexions (« Wire so Bonding ») mais serait plus fragile et plus encombrante en épaisseur.
WO 99/44172 PCT/H'R99/00291 La présence de la colle thermofusible, quelle que soit la structure de la feuille intermédiaire de collage 14, permet d'éviter de recourir à un enrobage en boîtier (« Potting ») consistant à protéger le microcircuit électronique 24 et ses s connexions en utilisant une résine.
La nature de la colle thermofusible utilisée peut aussi étre telle qu'elle soit légèrement collante au contact à froid de manière à assurer un préassemblage de l'empilage des trois feuilles préalablement à l'opération de laminage à chaud.
lo La feuille de protection en papier (12, 16) ainsi que la feuille 14 peuvent être réalisées également en un polymère notamment parmi ceux couramment utilisés dans le domaine des cartes à puce ( PVC, PE, PP).
Ces feuilles peuvent également étre constituée à base ls de cellulose chargée de polymère pour améliorer certaines de ses propriétés (étanchéité, tenue mécanique...).
L'invention a nécessité de réunir plusieurs paramètres.
Au delà du recours à des puces de petite taille (inférieures à
70Nm), et à des feuilles de protection fines, il a fallu recourir 2o de préférence à une couche intermédiaire thermofusible ou thermocollante dite de « hot melt » pour l'assemblage de l'ensemble. Cette couche du fait de sa ductilité à froid a l'avantage de ne pas endommager la puce de silicium venant directement à son contact pendant le laminage. A ce propos, 2s un évidemment dans la couche intermédiaire n'est pas indispensable.
Le recours au laminage à chaud avec des plaques lisses permet d'améliorer l'état de surface initial des feuilles de protection.
so II est possible d'utiliser des feuilles de papier plus économiques que certaines feuilles en polymère précitées.
Pour la réalisation de l'antenne, on a préféré recourir à
la sérigraphie. En effet, de nombreux essais avec ia gravure (aluminium, cuivre...) sur des feuilles en papier montrent des altérations chimiques du papier qui se traduisent par des s ondulations et un jaunissement de ce dernier.
D'autre part, il est impossible de pré-imprimer la feuille de protection avant la réalisation de l'antenne par sérigraphie.
(l'avantage étant de pouvoir faire un contr8le de l'impression et d'éviter des rebuts après assemblage de la puce).
lo Un autre problème peut se poser dans le recours à la technique de sérigraphie sur des feuilles de protection fines notamment en papier ou polymère en absence de précaution particulières. II s'agit de l'apparition d'ondulations de surface résultant du séchage de l'encre. Ce problème et la solution Is apportée sont décrits dans la demande de brevet FR 97/13734 du 03/10/97. Ils sont inclus par référence dans le procédé de l'invention pour réaliser des dispositifs présentant une excellente qualité de surface (absence d'ondulations).
I_a sérigraphie selon la demande ci-dessus a l'avantage 2o de réaliser des pistes d'antenne au contour précis, de bonne qualité de conduction (particules d'argent). L'encre étant à
base polymère et étant séchée partiellement selon le procédé
décrit dans la demande ci-dessus, ie dispositif peut étre plié
plusieurs fois à la main, 5 fois par exemple sans 2s endommagement de l'antenne.
En outre, le recours à une antenne sérigraphiée chargée argent facilite à moindre coGt la connexion antenne à
la puce par un élément de connexion ci-après comparativement au recours d'une antenne réalisée par 30 gravure.
L'élément de connexion est de préférence soit un cordon de colle conductrice chargée argent la puce étant fixée é l'endroit soit un point de colle conductrice, la puce étant fixée à l'envers (flip-chip).
Ces connexions ont comparativement aux connexions du type à fils soudés (wire-bonding), l'avantage d'étre de s faible épaisseur et de mieux résister à des contraintes mécaniques.
Selon d'autres caractéristiques du dispositif selon l'invention - la feuille intermédiaire de collage comporte un s évidement au droit du microcircuit électronique ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de colle thermofusible ;
- la feuille intermédiaire de collage est une feuille de papier dont les deux faces opposées inférieure et supérieure io sont munies d'une couche de colle thermofusible ;
- l'une au moins des feuilles de protection est à base de papier.
- Le dispositif a une épaisseûr inférieure à 400 Nm, voire 280 ~tm.
is - la feuille supportant l'antenne et le microcircuit (la puce) a une épaisseur inférieure ou égale à 75 Nm.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux 2o dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en section longitudinale d'un premier mode de réalisation d'une carte à
puce réalisée conformément aux enseignements de l'invention et sur laquelle l'empilage des trois feuilles qui la constituent 2s est illustré avant l'opération de laminage à chaud ;
- la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 qui illustre un deuxième mode de réalisation d'une carte à
puce réalisée conformément aux enseignements de l'invention;
- les figures 3A à 3C illustrent de manière schématique 30 les trois opérations permettant de réaliser une feuille inférieure de protection en papier pour un dispositif électronique conforme aux enseignements de l'invention ; et WO 99/~14172 PCT/FR99/00291 s - la figure 4 est une vue schématique illustrant la réalisation de l'empilage par superposition des trois feuilles constitutives du support d'une carte à puce ~ réalisée conformément aux enseignements de l'invention.
s Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence, et dans la description et les revendications, les termes inférieur, supérieur, vertical, etc.
seront utilisés à titre non limitatif en référence aux figures io pour faciliter les explications.
Par définition, on entend par flexible, une propriété
mécanique identique à celle des cartes à jouer.
Le cas échéant, le produit de l'invention est conçu de manière à pouvoir être manipulé comme un ticket de métro, ls enroulé voire plié à la main sans altération de son fonctionnement émetteur récepteur.
On a représenté à la figure 1 une carte à puce 10 qui est constituée par un empilage vertical de trois feuilles 12, 14 et 16.
2o La feuille inférieure 12 est une première feuille de papier dont l'épaisseur est par exemple égale à 75 microns réalisée en papier « Maine » commercialisé par la société
Arjo-Wiggins.
La feuille inférieure de papier 12 constitue une feuille 2s inférieure de protection de la carte 10 tandis que la feuille supérieure 16, de même constitution et de même épaisseur que la feuille inférieure 12 constitue une feuille supérieure de protection en papier de la carte 10.
La feuille intermédiaire 14 est une feuille de collage 3o mutuel des deux feuilles inférieure 12 et supérieure 16 qui, dans ce premier mode de réalisation, est une feuille ou film de colle thermofusible, aussi appelée feuille « Hot Melt » d'une épaisseur de 100 microns commercialisée par la société
Polyconcept. Cette feuille hot melt a l'avantage d'étre molle à
température ambiante et de ne pas endommager la puce lors de l'empilage.
s Conformément à une caractéristique de l'invention, lorsque la feuille intermédiaire de collage 14 est dure comme du papier, elle peut comporter éventuellement un évidement ou fenêtre 18 q.ui est agencé verticalement au droit d'un microcircuit électronique 20, ou puce, posé sur la face io supérieure interne 22 de la feuille inférieure 12.
Le microcircuit électronique 20 est relié à une antenne d'interface 24 qui, selon une technique connue, est par exemple réalisée par sérigraphie sur la face supérieure 22 au moyen d'une encre conductrice à base d'argent qui est par 1s exemple l'encre E520 commercialisée par la société Dupont de Nemours.
Le microcircuit électronique 20 est par exemple un « Chip Mifare Amtel AT 8100 » dont l'épaisseur est réduite à
par exemple 70 microns. II peut étre fixé sur la face 22 par 2o exemple par collage.
Le raccordement électrique de plot du microcircuit électronique ou module électronique 20 à l'antenne d'interface 24 est réalisé, selon une technique connue, de préférence par des cordons 26 de colle conductrice qui est par exemple de la 2s colle commercialisée sous la dénomination « Ablestick Silver Glue ».
Le second mode de réalisation illustré à la figure 2 diffère du premier mode de réalisation qui vient d'étre décrit par la structure de la feuille intermédiaire de collage 14.
so En effet, la feuille de collage 14 est ici constituée par une feuille intermédiaire de papier 14A dont les deux faces externes opposées sont revêtues d'une couche de colle thermofusible 148, le composite qui constitue ainsi la feuille intermédiaire de collage 14 étant interposé entre les feuilles inférieure 12 et supérieure 16 de protection en papier de la même manière que la feuille de collage 14 de la figure 1 qui s est constituée uniquement par un film de colle thermofusible.
On décrira maintenant un exemple d'un procédé de fabrication des cartes 10 illustrées à la figure 1 ou à la figure 2.
Afin de proposer un procédé industriel permettant de lo fabriquer en grande série des dispositifs électroniques, tels que les cartes 10, plusieurs dispositifs sont réalisés simultanément et/ou à la file en faisant notamment appel pour les trois feuilles 12, 14 et 16 à des bandes ou rouleaux continus.
ls II faut tout d'abord réaliser les feuilles inférieures 12 de protection en papier.
Dans ce but, comme cela est illustré à la figure 3A, on part d'une feuille de papier 12 sur la face supérieure 22 de laquelle on colle, pour chaque dispositif électronique à
2o réaliser, un microcircuit électronique ou module 20.
Ensuite, comme cela est illustré à la figure 3B, on réalise les antennes 24, de préférence par sérigraphie sur la face supérieure 22. Alternativement, on peut réaliser l'antenne préalablement à la fixation et connexion du module.
2s Enfin, comme cela est illustré à la figure 3C, on réalise les connexions ou raccordements électriques des microcircuits électroniques 20 aux antennes 24 par dép8t de cordons 26 de colle conductrice.
Ainsi, à la fin de l'opération illustrée à la figure 3C, on so dispose d'une bande ou d'un rouleau d'une feuille de papier inférieure 12 qui doit ensuite être associée par empilage aux autres feuilles 14 et 16.
Cette étape suivante est illustrée à la figure 4 sur laquelle on a représenté de manière schématique en perspective éclatée l'empilage de la feuille inférieure 12 préalablement réalisée, d'une feuille intermédiaire de collage s 14 dans laquelle on a, le cas échéant, préalablement réalisé
les fenétres ou découpes 18, et d'une feuille supérieure 16 de protection en papier.
L'empilage ou sandwich ainsi réalisé est ensuite, lors d'une étape suivante, non représenté sur les figures, assemblé
io en comprimant à chaud les trois feuilles superposées 12, 14 et 16, par exemple au cours d'une opération de laminage à
chaud, c'est-à-dire é une température permettant de provoquer la fusion de la colle thermofusible constituant en elle-même la feuille intermédiaire 14 (figure 1 ) ou constituant les couches is 14B de colle de la feuille intermédiaire de collage 14 (figure 2).
Cette opération de laminage, aussi appelée lamifiage, permet d'associer définitivement les trois feuilles de l'empilage et de réduire l'épaisseur totale du dispositif électronique ainsi Zo réalisé à une valeur inférieure ou égale à 260 microns.
Au cours de l'opération de laminage, la présence d'une fenêtre 18 au droit de chaque microcircuit électronique 20 permet d'éviter d'endommager ceux-ci.
Afin d'assurer la mise en correspondance des fenêtres 2s 18 avec les microcircuits électroniques 20, il est bien entendu nécessaire de prévoir des moyens d'indexation des rouleaux ou bandes des feuilles 12 et 14.
A l'issue de l'étape d'assemblage par laminage à chaud;
on dispose d'une bande ou d'un rouleau dans laquelle les 3o dispositifs électroniques, qu'il s'agisse de cartes, d'étiquettes, de tickets ou de jetons, doivent ensuite étre découpés par des moyens connus, par exemple selon une technique à l'emporte-pièce.
Lors d'une étape supplémentaire, préalable ou postérieure à la découpe des dispositifs électroniques, il est s bien entendu possible d'imprimer l'une et/ou l'autre des faces externes des feuilles inférieure 12 et supérieure 16 de protection en papier.
L'invention permet ainsi de disposer de dispositifs électroniques à mémoire électronique sans contact de coût io réduit et d'épaisseur réduite permettant de remplacer d'autres produits comportant des moyens d'identification, tels que par exemple les tickets souples à piste magnétique ou a code barre, ces nouveaux dispositifs électroniques étant de plus biodégradables.
is L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et au procédé qui viennent d'âtre décrits.
Les différentes opérations permettant notamment d'aboutir à la réalisation de la feuille inférieure de protection en papier 12 munie du microcircuit électronique 20 et de 20 l'antenne 24 peuvent être réalisées selon d'autres technologies connues, l'antenne pouvant par exemple être réalisée dans un premier temps et le raccordement du microcircuit électronique étant réalisé automatiquement lors de la pose de ce dernier avec ses plots conducteurs de contact 2s tournés vers la face supérieure 22 et posés directement sur des tronçons conducteurs de l'antenne 24(< Flip Chip »).
Le raccordement d'un microcircuit électronique 20 à
l'antenne 24 pourrait âtre réalisé selon une technique de microcâblage ou de soudage des connexions (« Wire so Bonding ») mais serait plus fragile et plus encombrante en épaisseur.
WO 99/44172 PCT/H'R99/00291 La présence de la colle thermofusible, quelle que soit la structure de la feuille intermédiaire de collage 14, permet d'éviter de recourir à un enrobage en boîtier (« Potting ») consistant à protéger le microcircuit électronique 24 et ses s connexions en utilisant une résine.
La nature de la colle thermofusible utilisée peut aussi étre telle qu'elle soit légèrement collante au contact à froid de manière à assurer un préassemblage de l'empilage des trois feuilles préalablement à l'opération de laminage à chaud.
lo La feuille de protection en papier (12, 16) ainsi que la feuille 14 peuvent être réalisées également en un polymère notamment parmi ceux couramment utilisés dans le domaine des cartes à puce ( PVC, PE, PP).
Ces feuilles peuvent également étre constituée à base ls de cellulose chargée de polymère pour améliorer certaines de ses propriétés (étanchéité, tenue mécanique...).
L'invention a nécessité de réunir plusieurs paramètres.
Au delà du recours à des puces de petite taille (inférieures à
70Nm), et à des feuilles de protection fines, il a fallu recourir 2o de préférence à une couche intermédiaire thermofusible ou thermocollante dite de « hot melt » pour l'assemblage de l'ensemble. Cette couche du fait de sa ductilité à froid a l'avantage de ne pas endommager la puce de silicium venant directement à son contact pendant le laminage. A ce propos, 2s un évidemment dans la couche intermédiaire n'est pas indispensable.
Le recours au laminage à chaud avec des plaques lisses permet d'améliorer l'état de surface initial des feuilles de protection.
so II est possible d'utiliser des feuilles de papier plus économiques que certaines feuilles en polymère précitées.
Pour la réalisation de l'antenne, on a préféré recourir à
la sérigraphie. En effet, de nombreux essais avec ia gravure (aluminium, cuivre...) sur des feuilles en papier montrent des altérations chimiques du papier qui se traduisent par des s ondulations et un jaunissement de ce dernier.
D'autre part, il est impossible de pré-imprimer la feuille de protection avant la réalisation de l'antenne par sérigraphie.
(l'avantage étant de pouvoir faire un contr8le de l'impression et d'éviter des rebuts après assemblage de la puce).
lo Un autre problème peut se poser dans le recours à la technique de sérigraphie sur des feuilles de protection fines notamment en papier ou polymère en absence de précaution particulières. II s'agit de l'apparition d'ondulations de surface résultant du séchage de l'encre. Ce problème et la solution Is apportée sont décrits dans la demande de brevet FR 97/13734 du 03/10/97. Ils sont inclus par référence dans le procédé de l'invention pour réaliser des dispositifs présentant une excellente qualité de surface (absence d'ondulations).
I_a sérigraphie selon la demande ci-dessus a l'avantage 2o de réaliser des pistes d'antenne au contour précis, de bonne qualité de conduction (particules d'argent). L'encre étant à
base polymère et étant séchée partiellement selon le procédé
décrit dans la demande ci-dessus, ie dispositif peut étre plié
plusieurs fois à la main, 5 fois par exemple sans 2s endommagement de l'antenne.
En outre, le recours à une antenne sérigraphiée chargée argent facilite à moindre coGt la connexion antenne à
la puce par un élément de connexion ci-après comparativement au recours d'une antenne réalisée par 30 gravure.
L'élément de connexion est de préférence soit un cordon de colle conductrice chargée argent la puce étant fixée é l'endroit soit un point de colle conductrice, la puce étant fixée à l'envers (flip-chip).
Ces connexions ont comparativement aux connexions du type à fils soudés (wire-bonding), l'avantage d'étre de s faible épaisseur et de mieux résister à des contraintes mécaniques.
Claims (15)
1. Procédé de fabrication d'un dispositif électronique sans contact flexible et pliable de fine épaisseur (10), tel qu'une carte, une étiquette, un ticket ou un jeton, comportant au moins un microcircuit électronique (20) qui est agencé dans l'épaisseur d'un support et qui comporte des plots reliés à une antenne (24) d'interface agencée dans l'épaisseur du support, ce dernier comportant au moins deux feuilles opposées, inférieure (12) et supérieure (16), de protection, ledit procédé comprenant les étapes consécutives suivantes:
a) réaliser une feuille inférieure (12) de protection en:
a1) posant au moins un microcircuit électronique (20) sur la face interne (22) de la feuille inférieure;
a2) réalisant au moins une antenne d'interface (24) sur la face interne (22) de la feuille inférieure (12), notamment par sérigraphie ;
a3) raccordant électriquement (26) des plots du microcircuit électronique (20) à l'antenne d'interface (24) ;
b) réaliser un empilage en superposant la feuille inférieure (12) de protection, une feuille intermédiaire (14, 14A, 14B) de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies de colle, et une feuille supérieure (16) de protection ;
c) assembler les trois feuilles superposées (12, 14, 16) en les comprimant.
a) réaliser une feuille inférieure (12) de protection en:
a1) posant au moins un microcircuit électronique (20) sur la face interne (22) de la feuille inférieure;
a2) réalisant au moins une antenne d'interface (24) sur la face interne (22) de la feuille inférieure (12), notamment par sérigraphie ;
a3) raccordant électriquement (26) des plots du microcircuit électronique (20) à l'antenne d'interface (24) ;
b) réaliser un empilage en superposant la feuille inférieure (12) de protection, une feuille intermédiaire (14, 14A, 14B) de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies de colle, et une feuille supérieure (16) de protection ;
c) assembler les trois feuilles superposées (12, 14, 16) en les comprimant.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape c) d'assemblage consiste en une opération de laminage à chaud.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille intermédiaire de collage (14) comporte un évidement (18) au droit du microcircuit électronique (20).
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la feuille intermédiaire de collage (14) est une feuille de colle thermofusible.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la feuille intermédiaire de collage (14) est une feuille de papier (14A) dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies d'une couche de colle thermofusible (14B).
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lors de l'étape a) de réalisation de la feuille inférieure (12), les opérations a1), a2) et a3) sont réalisées successivement.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire d'impression sur l'une et/ou l'autre des faces externes des deux feuilles inférieure (12) et supérieure (16) de protection du support.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une étape supplémentaire de découpe du dispositif électronique (10), selon un contour déterminé de carte, d'étiquette, de ticket ou de jeton.
9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on réalise simultanément plusieurs dispositifs électroniques (10) à partir de feuilles de protection et d'une feuille de collage en rouleaux, et en ce que l'on sépare les dispositifs électroniques lors de ladite étape supplémentaire de découpe.
10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'une au moins des feuilles de protection est en papier.
11. Dispositif électronique sans contact (10), tel qu'une carte, une étiquette, un ticket ou un jeton, comportant au moins un microcircuit électronique (20) qui est agencé dans l'épaisseur d'un support flexible et qui comporte des plots reliés (26) à une antenne d'interface (24) agencée dans l'épaisseur du support, ce dernier comportant au moins deux feuilles opposées, inférieure (12) et supérieure (14), de protection, caractérisé en ce qu'il comprend un empilage pliable inférieur à 400 µm:
- d'une feuille inférieure de protection (12) dont la face interne (22) porte au moins un microcircuit électronique et au moins une antenne d'interface (24);
- d'une feuille intermédiaire (14) de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies de colle ;
- et d'une feuille supérieure de protection (16).
- d'une feuille inférieure de protection (12) dont la face interne (22) porte au moins un microcircuit électronique et au moins une antenne d'interface (24);
- d'une feuille intermédiaire (14) de collage dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies de colle ;
- et d'une feuille supérieure de protection (16).
12. Dispositif électronique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la feuille intermédiaire de collage (14) comporte un évidement (18) au droit du microcircuit électronique (20).
13. Dispositif électronique selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la feuille intermédiaire de collage (14) est une feuille de colle thermofusible.
14. Dispositif électronique selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que la feuille intermédiaire de collage (14) est une feuille de papier (14A) dont les deux faces opposées inférieure et supérieure sont munies d'une couche de colle thermofusible (14B).
15. Dispositif électronique selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que l'une au moins desdites feuilles de protection est en papier.
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