EP3711073A1 - Inducteur multicouches - Google Patents

Inducteur multicouches

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Publication number
EP3711073A1
EP3711073A1 EP18799549.3A EP18799549A EP3711073A1 EP 3711073 A1 EP3711073 A1 EP 3711073A1 EP 18799549 A EP18799549 A EP 18799549A EP 3711073 A1 EP3711073 A1 EP 3711073A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductive
turns
turn
conductive layer
layers
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18799549.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Victor THENOT
Jean-Marie Vau
Gaël DEPRES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AW Branding Ltd
Original Assignee
AW Branding Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AW Branding Ltd filed Critical AW Branding Ltd
Publication of EP3711073A1 publication Critical patent/EP3711073A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F17/0013—Printed inductances with stacked layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041—Printed circuit coils
    • H01F41/045—Trimming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F2017/004—Printed inductances with the coil helically wound around an axis without a core

Definitions

  • the present invention relates to an inductor, such as for example an antenna for a radio identification transponder or such as for example a power transmission antenna.
  • Radio-identification is a method of remotely identifying objects or individuals, when stationary or movement, and exchange with them data that is a function of the intended applications.
  • An RFID system conventionally comprises:
  • a reader or scanner which is a so-called active device, which sends an electromagnetic wave carrying a signal towards the objects to be identified or controlled.
  • the reader is able to receive information.
  • a tag or transponder also called a "tag” in English, which is fixed or integrated into the object to be identified, and which interacts at a specific frequency with the reception of the signal sent by the reader by sending back to the latter the information requested,
  • the reader being a smartphone for example.
  • An RFID transponder comprises a chip or microprocessor, possibly equipped with a memory, for example of the EEPROM type, and connected to a so-called coiled antenna or to an antenna formed by a dipole, that is to say one comprising several turns.
  • the reader and the tag can interact according to several modes of interaction. One of these modes is the coupling of inductive or magnetic nature.
  • NFC Near Field Communication
  • a multilayer antenna is particularly known from JP4826195 or from EP 2 779 181.
  • Such an antenna comprises a superposition of layers each comprising several turns, the different layers being connected to each other by the intermediate conductive bridges or vias, so as to form a continuous coil composed of several layers of turns.
  • the turns are superimposed, that is to say are positioned facing each other in the stacking direction of the layers.
  • the resonance frequency of the transponder is in particular a function of the inductance and the capacity of the antenna, and the capacity of the chip.
  • the inductance and the capacity of the antenna are in particular a function of the amount of turns of the coil formed by the antenna and the geometry, the dimensions of said turns and the number of conductive layers.
  • the various parameters are adjusted by calculation, for example, so as in particular to tune the transponder to the chosen resonant frequency.
  • the alignment between the turns during the superposition of the different layers of a multilayer antenna is an element directly influencing the resonant frequency.
  • the resonance frequency obtained is offset from the desired resonant frequency, degrading the performance of the transponder or rendering it inoperative during use. It is therefore essential to respect a good alignment of the turns of the different layers of the antenna.
  • the document US 2006/0022770 discloses the production of an electronic component comprising a plurality of stacked elements each comprising a conductive layer and a substrate, the elements being assembled together, for example by sintering. During such an assembly, the elements are positioned relative to one another, conductive or vias bridges being made by drilling and adding a conductive metal material in the hole thus formed so as to create an electrical bridge between the conductive layers of the elements. [13] Such a process is complex and expensive to implement. Moreover, the electrical component thus produced has a rigidity and a large thickness, each element consisting of a thick substrate and a conductive layer.
  • the conductive layers are made by a chemical etching process, requiring the use of pollutants. Regulations in many countries strictly or even forbid such processes.
  • an inductor made on a plastic substrate is not recyclable, such an inductor can not be used in a short-term application, such as, for example, use in a disposable transport ticket.
  • the invention applies more generally to any type of inductor having a stack of turns.
  • Such an inductor may for example be used in the context of wireless energy transmission by electromagnetic induction.
  • a field of application is for example the charging of electronic devices battery or the non-contact power supply of an electric circuit.
  • An example of an application may especially be the non-contact supply of light-emitting diodes integrated into the packaging of a product.
  • the invention aims to meet the aforementioned technical constraints in a simple, reliable and inexpensive manner.
  • an inductor comprising at least a first conductive layer comprising at least a first turn of conductive material and at least a second conductive layer comprising at least a second turn of conductive material, at least one conductive bridge connecting the first and second turns, a layer of insulating material being interposed at least partially between the first and second and second turns, the first and second turns being superimposed at least in part in the stacking direction of said layers, characterized in that, in the superposition zone of said turns, the width of the section of the first turn is larger than the width of the section of the second turn.
  • a section of a turn may be defined as the intersection of an area of the turn with an intersection plane perpendicular to the plane of the turn or layer concerned, said intersection plane being parallel to the stacking direction of the layers.
  • the width of said section is defined by width along an axis perpendicular to the direction of stacking of the layers and perpendicular to the direction of extension of the turn, in the area of the turn .
  • the thickness of said section along the axis of the turn is defined by thickness.
  • the stacking direction of the layers can be confused with the winding axis of each turn, also generically called the axis of the turn.
  • the capacitance of the inductor, and thus the resonance frequency, is dependent on the superimposing surface.
  • the latter can be controlled by the structure of the inductor according to the invention, it is also possible to perfectly control the resonance frequency.
  • the spacing of the first turn relative to the second turn along the axis of said turns is controlled by the thickness of the insulating layer between said turns. This spacing also influences the capacitance of the inductor, and therefore the resonance frequency.
  • the invention is also directed to the case where the inductor has three or more layers of turns.
  • the layers of turns are separated in pairs, at least in part, by insulating layers that can be printed.
  • the superposition zone of said turns in the superposition zone of said turns:
  • the width of the section of the first turn, belonging to the first conductive layer is greater than the width of the section of the second turn, belonging to the second conductive layer, and the width of the section of the second turn is larger than the width of the section of the third turn, belonging to the third conductive layer.
  • the difference in width between the corresponding sections of two turns of two consecutive layers is between 50 and 500 miti, preferably between 100 and 300 pm.
  • the turns of the same layer may be spaced from each other by an interval of between 50 and 1000 ⁇ m, preferably between 200 and 600 ⁇ m. [31] Such an interval must be large enough to avoid any risk of short circuit between the turns. This interval must also be small enough to ensure good compactness of the inductor while having a large number of turns. It is therefore a question of finding a good compromise between its different constraints.
  • Each conductive layer may be made using a conductive ink.
  • the conductive ink may be chosen from the following inks: a carbon-based ink, for example based on graphite or graphene, carbon nanotubes (CNTs),
  • an ink based on a conductive polymer material for example polyaniline, poly (3,4-ethylenedioxythiophene), more commonly known as PEDOT, polythiophene or polypyrrole,
  • a metal-based ink for example metal microparticles or nanoparticles, for example based on silver, copper, nickel, platinum, tin or gold, in particular a silver-based ink in the form of microparticles or nanoparticles.
  • microparticles can be used to designate particles of dimensions between 0.1 and 100 ⁇ m.
  • nanoparticles can be used to designate particles of dimensions between 1 and 100 nm.
  • the conductive ink may be deposited by a screen printing, flexographic, rotogravure, offset or ink jet printing process.
  • Screen printing is a flatbed printing technique in which a canvas is stretched over a frame and then partially obstructed by a photosensitive resin. The ink is forced to pass through the mesh of the fabric, at the level of the unobstructed areas, by the action of a squeegee exerting a pressure on the ink. The ink having passed through the fabric is then deposited on a support.
  • Screen printing is an inexpensive, robust and easy to use technique. This technique makes it possible to form layers or deposits ranging from a few hundred nanometers to nearly 100 microns.
  • Flexography is a printing technique based on the transfer of an ink onto a substrate using a relief printer form, called a photograph.
  • This form is made of rubber or photosensitive polymer. Said form is inked, that is to say covered with a layer of ink, this ink then being transferred to the surface of the substrate by pressing the plate on the substrate.
  • Flexography makes it possible to print many substrates at high speeds, the pressure exerted on them being relatively low. Moreover, this technique offers a good print resolution, the fineness of the printed lines being up to about 40 ⁇ m. Moreover, the thickness of the deposited layer may be between 0.8 and 8 ⁇ m.
  • Photogravure is a printing technique based on the transfer of ink onto a substrate through an engraved cylinder.
  • the cylinder consists of small cells whose depth can be adjusted to form the pattern to be printed.
  • Rotogravure can print widths of several meters, at very high speeds, of several hundred meters per minute. Furthermore, this printing technique offers good resolution, with very thin lines of a width of a few tens of micrometers, and allows to deposit layers whose thickness is between 0.5 and 12 pm.
  • Offset is a printing technique that uses an almost flat printer shape, such as a flexible aluminum plate coated with a thin film of photosensitive material.
  • the pattern is obtained by UV irradiation. Areas not exposed to UV rays are then removed chemically.
  • the plate is then attached to a roll, on which the non-printing areas are covered with an aqueous solution called anchorage.
  • This solution is easily deposited in the non-printing areas because of the high surface energy in these areas, whereas it can not be deposited on the hydrophobic printing surfaces having a lower surface energy.
  • Inking rollers then deposit oily ink, which can not spread over the previously wet areas, this ink is therefore deposited only on the printing areas.
  • the ink is then transferred to the substrate, via a compressible elastomeric plate called a blanket, mounted on a roll.
  • Offset is a precise printing technique, in terms of the resolution that can reach 15 miti, as well as the positioning between the successive layers. This technique also offers high print rates, of the order of 6000 to 15000 impressions per hour, for example.
  • the ink jet is a printing technique consisting of forming and ejecting uniform drops of very small volume, of the order of a few picoliters, using nozzles.
  • Inkjet is a printing technique that offers great flexibility and allows you to print any type of substrate with high resolution. Indeed, this technique can print lines whose widths can be between 10 and 50 prn.
  • One of the conductive layers may be formed on a substrate.
  • the substrate may be made of paper or synthetic paper, such as, for example, the product marketed under the Teslin trademark by PPG Industries, made of polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN) or polyimide (PI). ).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PI polyimide
  • a paper substrate makes it possible to easily recycle the inductor while reducing manufacturing costs.
  • Such a substrate also has a small thickness and a high flexibility, while allowing the formation of conductive layers by an additive process printing low pollution, so as to obtain a flat inductor, thin.
  • the insulating layer can be made using a UV dielectric ink.
  • Such an ink is able to crosslink when it is subjected to the rays
  • UV UV.
  • Such an ink is for example of the acrylic or polyurethane type.
  • the invention also relates to a radio identification transponder characterized in that it comprises an inductor of the aforementioned type forming an antenna, and a chip or printed circuit connected to the antenna.
  • the transponder may be tuned to a resonance frequency of 13.56 MHz, plus or minus 5%. Such a frequency corresponds to that used for near-field or NFC communication.
  • the chip can be assembled by gluing to the antenna, for example using an anysotropy adhesive electrically conductive in the Z axis.
  • the chip may be located in an area of the inductor without an insulating layer, so as to reduce the total thickness of the transponder and prevent the chip from forming a large projecting area. This is particularly relevant in the case where the transponder is laminated between two support sheets, for example two sheets of paper.
  • the aforementioned characteristic makes it possible to avoid a crushing of the chip during the rolling operation, said chip then being embedded or partially embedded in the thickness of the conductive and insulating layers of the transponder.
  • the conductive bridge between the turns of two superposed layers can be realized in a zone devoid of insulating layer, directly by depositing the second conductive layer on the first conductive layer, in this zone devoid of insulating layer. In this way, the conductive bridge can be obtained without the need for an additional step.
  • connection between the different conductive layers does not require via, as is the case in the prior art, in particular in the document US 2006/0022770. We thus get rid of an operation additional drilling and metallization of the hole thus produced.
  • the electrical connection between the conductive layers is carried out directly during the additive process of printing the conductive layers on each other, thereby reducing costs and increasing production rates.
  • a four-color printing press Cyan, Magenta, Yellow, Black
  • the production of an inductor according to the invention can be carried out in a single pass on a single substrate.
  • the conductive layers may have a thickness between 0.1 and 100 miti, preferably between 1 and 30 pm.
  • the thickness of the conductive layer may be between 1 and 5 ⁇ m.
  • the thickness of the conductive layer may be between 4 and 20 ⁇ m.
  • Thick conductive layers provide good performance but can penalize the cost of production. It is therefore necessary to find a compromise between these different constraints.
  • the insulating layer may have a thickness of between 10 and 60 ⁇ m, preferably between 10 and 40 ⁇ m. A sufficient thickness of insulation is necessary to avoid any short circuit between the turns of the different superimposed layers. However, it is advisable to limit the thickness of the insulating layer so as not to penalize the capacitance of the inductor. Here again, it is important to find a good compromise between these different constraints.
  • the thickness of the insulating layer may be between 2 and 20 ⁇ m.
  • the thickness of the conductive layer may be between 10 and 50 ⁇ m.
  • the inductor may have an area of between 50 and 10,000 mm 2 , preferably between 100 and 400 mm 2 .
  • the inductor may have a thickness of less than 20 ⁇ m when the conductive layers are printed flexographically, in the case of an inductor with two superposed conductive layers.
  • the inductor may have a thickness of less than 80 ⁇ m when the conductive layers are printed by screen printing, in the case of an inductor with two superposed conductive layers.
  • the inductor may have a thickness of less than 50 ⁇ m when the conductive layers are printed flexographically, in the case of an inductor with four superposed conductive layers.
  • the inductor may have a thickness of less than 120 ⁇ m when the conductive layers are printed by screen printing, in the case of an inductor with four superposed conductive layers.
  • the thickness of such an inductor is relatively small, compared with the electronic components of the prior art made by assembling laminated elements, such as described in particular in the document US 2006/0022770, which which makes it possible to integrate such an inductor easily with a finished product, for example with a packaging.
  • a low thickness also offers significant flexibility to the inductor, essential in particular for a coil production.
  • the insulating layer may have a permittivity of between 2 and 50.
  • the chip may have an internal capacity of between 10 and 100 pF, for example of the order of 17, 23.5, 50 or 97 pF. In the remainder of the description, it will be assumed that the chip has a capacity of 50 pF.
  • the quality factor of the transponder is for example between 2 and 20, preferably of the order of 4 to 16.
  • the quality factor can also be defined as the ratio of the natural frequency (frequency at which the gain is maximum) to the bandwidth width of the system resonance. In other words, the higher the quality factor, the smaller or the smaller the bandwidth, and the more the resonance is "stitched".
  • the quality factor should not be too much high so as not to attenuate by more 3dB the frequencies of the sub-carriers, necessary for the communication with the reader. It must however be important enough to ensure the quality of the detection. As an example, for the IS014443 standard, the optimal quality factor will be between 4 and 9, while it will be between 9 and 16 for the IS015693 standard.
  • ⁇ J LC, where L is the inductance of the antenna and where C is the total capacity of the transponder .
  • the resistance R is proportional to the number of turns of the antenna and to the total surface of the antenna, and is inversely proportional to the width of the section of the turns, to the spacing between the turns, the thickness of each conductive layer, the conductivity of the conductive ink, and the annealing performance used for the conductive layers.
  • the inductance L of the antenna is proportional to the number of turns of the antenna and the surface of the antenna, and is inversely proportional to the width of the section of the turns, and at the spacing between the turns.
  • the antenna capacity is proportional to the number of turns of the antenna, to the antenna surface, and to the thickness of each conducting layer and is inversely proportional to the width of the section of the turns, and the spacing between the turns.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an inductor of the aforementioned type, characterized in that it comprises the steps of:
  • first conductive layer comprising at least a first turn of conductive material, forming a layer of insulating material on at least part of the first conductive layer,
  • At least a second conducting layer comprising at least a second turn of conductive material, on the layer of insulating material and / or on the first layer, the first and second turns being superimposed at least partly in the stacking direction of said layers the turns being dimensioned and positioned such that in the superposition area of said turns the width of the section of the first turn is larger than the width of the section of the second turn, and so that the turns are connected by at least one conductive bridge.
  • the steps of forming the conductive layers can be performed by printing with a conductive ink.
  • the method may comprise at least one annealing step of at least one of the conductive layers.
  • An annealing step may be performed after each step of printing a conductive layer.
  • the temperature and the type of annealing performed can be especially adapted to the support.
  • metal inks require heat treatment to evaporate the organic compounds present in their formulation.
  • This treatment notably makes it possible to improve the electrical conduction properties of the various conductive layers.
  • This step called sintering or coalescing annealing, may be performed by raising the temperature of the ink in an oven or in a hot air tunnel.
  • Flexible substrates however, have a low temperature tolerance, which makes it necessary to limit the annealing temperatures.
  • the table below gives indicative values for maximum annealing temperatures, for different types of substrates.
  • a first technique consists of performing a so-called electrical annealing, when an electric current flows through the turns of the conductive layers so as to selectively cause their heating.
  • the duration can be of the order of a few seconds.
  • Such annealing is also called fast electrical annealing (RES).
  • a second technique is plasma annealing, in which a plasma is used, that is to say an ionized gas generated by the application of a high energy (activation), and which has the effect of exciting the ions present in the gas. It is then a question of using a plasma whose temperature is lower than the maximum temperature of the substrate used.
  • a third technique is to perform a microwave annealing, in which the conductive layers are subjected to microwaves so as to cause their selective heating.
  • a fourth technique is photonic annealing, which uses electromagnetic radiation from ultraviolet to infrared.
  • the characteristic optical absorption of the metal particles allows a selective heating of the majority of the metallic inks, by being placed in a wavelength range chosen so as not to affect (or in a limited way) the substrate.
  • Photonic annealing may be laser annealing, infrared annealing, or pulsed xenon light (IPL) annealing.
  • Laser annealing of metallic inks consists of irradiating the conductive layers with a motorized laser beam. The wavelength is chosen so as to correspond to the absorption maximum of the ink used.
  • Infrared annealing is based on the use of lamps emitting light radiation close to that of a blackbody, with an emission peak of between 0.78 and 3 ⁇ m for the near infrared (NIR) and between 3 e 50 pm for the medium infrared (MIR).
  • Pulsed light annealing is a photonic annealing technique in which xenon lamps are pulsed.
  • the emitted light radiation extends from the ultraviolet to the near infrared (200 nm to 1000 nm).
  • the characteristic duration of a tap is of the order of a few microseconds to a few milliseconds.
  • the chip may be deposited at the end of the formation of the antenna, by a process called "pick and place", which consists in taking a unitary chip, comprising for example at least one outgrowth (or “bump” in English), and to come align and deposit on the antenna.
  • the assembly of the chip on the antenna can be performed using a crosslinkable adhesive.
  • a pressure of a few hundred grams for example may be applied to the chip, so that the protrusion is applied and in contact with the corresponding conductive track.
  • a temperature of, for example, between 150 ° C. and 200 ° C. can be applied so as to crosslink the adhesive.
  • Such a method makes it possible to obtain a high production rate. It will be noted that such a method can easily be implemented because of the small thickness of the inductor forming the antenna. Indeed, in the case of a thick antenna, the positioning of the chip on the antenna is more complex to achieve.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view, illustrating an antenna according to a first embodiment of the invention, intended to equip a radio identification transponder, the antenna having two conductive layers;
  • FIG. 2 is a view from above of part of the conductive layers of the antenna of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a sectional view of a portion of a transponder comprising an antenna of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a diagram representing the characteristic curve of a transponder equipped with the antenna of FIG. 1, representing the evolution of the impedance as a function of frequency;
  • FIG. 5 is an exploded perspective view, illustrating an antenna according to a second embodiment of the invention, intended to equip a radio identification transponder, the antenna having four conductive layers;
  • FIG. 6 is a sectional view of a portion of a transponder comprising an antenna of FIG. 5.
  • FIGS. 1 and 2 An antenna 1 intended to equip a radio identification transponder 2 according to a first embodiment of the invention is illustrated in FIGS. 1 and 2, the transponder 2 being illustrated in FIG. 3.
  • the antenna 1 comprises a substrate 3 ( Figure 3) on which is deposited a first conductive layer 4a printed with a conductive ink.
  • the first layer 4a is generally flat, said plane being defined by two orthogonal X and Y axes.
  • the first conductive layer 4a comprises turns 5 of generally rectangular shape, here four turns 5. Each turn 5 thus comprises straight portions 5a extending along the X axis and straight portions 5b extending along the Y axis.
  • Each turn 5 can also include rectilinear areas 5c oblique to the X and Y axes.
  • a layer 6a of dielectric or insulating material is deposited by printing over most of the first conductive layer 4a. Some areas of the first conductive layer 4a are not covered with dielectric material 6a.
  • a second conductive layer 4b is deposited by printing with a conductive ink.
  • the second conductive layer 4b comprises turns 5 of generally rectangular shape, here five turns 5. As before, each turn 5 thus comprises rectilinear portions 5a extending along the X axis and straight portions 5b extending according to the Y axis. Each turn 5 may also comprise oblique straight zones 5c with respect to the X and Y axes.
  • the X, Y and Z axes are orthogonal.
  • the turns 5 of the first conductive layer 4a are located opposite, along the Z axis, turns 5 of the second conductive layer 4b.
  • At least one turn 5 of the second conductive layer 4b is located in a zone devoid of insulating material so that, in this zone, the turn 5 of the second conducting layer 4b is in contact with the corresponding turn 5 of the first conductive layer 4a so as to form a conductive bridge 7.
  • the two layers of turns 5 thus form a continuous coil having a total number of turns corresponding to the sum of the turns 5 of the first conductive layer 4a and the turns 5 of the second conductive layer 4b.
  • the conductive layers 4a, 4b are preferably only assembled in series, and not in parallel.
  • the coil is open in that it comprises two free ends 8 which are electrically connected to a chip or integrated circuit 9 of the transponder 2.
  • the chip 9 may be located in a zone devoid of a layer of material dielectric 6a and devoid of turns 5 of the second conductive layer 4b, so as to be housed or embedded, at least in part, in a cavity of the insulating layer 6a and the second conductive layer 4b.
  • the chip 9 is fixed by bonding and electrically connected to the corresponding ends 8 of the coil, by means of a conductive adhesive 10 for example.
  • the turns 5 of the first conductive layer 4a have a width of section 11 (also called line width) of the order of 500 miti, the interval 11 between the turns 5 (also called spacing) being of the order of 300 ⁇ m.
  • the turns 5 of the first conductive layer 4a are thus wider than the turns 5 of the second conductive layer 4b, the difference in width here being of the order of 200 ⁇ m. This ensures that the turns 5 of the second conductive layer 4b are aligned with the turns 5 of the first conductive layer 4a, with a positioning tolerance with respect to a desired nominal position of +/- 100 ⁇ m. Such a tolerance can be obtained with the majority of the usual printing processes used in printing, such as, for example, screen printing, flexography, gravure printing, offset printing or inkjet printing.
  • the turns 5 of the first conductive layer 4a and the second conductive layer 4b have a thickness e of between 1 and 40, preferably between 2 and 20.
  • the layer of dielectric material 6a has a thickness e 'of between 5 and 50 ⁇ m, preferably between 10 and 30 ⁇ m.
  • the transponder has a width I of the order of 10 mm and a length L of the order of 20 mm, ie a surface of the order of 200 mm 2 .
  • FIG. 4 is a diagram showing the characteristic curve of the transponder of FIGS. 1 and 2, showing the evolution of the impedance Z as a function of the frequency f. It can be seen that the transponder is perfectly tuned since the resonance frequency f0 is of the order of 13.56 MHz, even in the event of a slight offset of the tracks 5 of the second conductive layer 4b with respect to the tracks 5 of the first conducting layer. 4a. In this case, the offset can be of the order of +/- 100 pm both along the X axis and along the Y axis, without affecting the resonance frequency f0.
  • the resonance frequency f0 obtained after transfer of a chip of 50 pF is of the order of 26 MHz, that is to say, much higher than the wanted frequency of 13.56 MHz.
  • the transponder should have a width I of the order of 15 mm and a length L of the order of 30 mm is a surface of the order of 450 mm 2 .
  • FIG. 5 An antenna 1 for equipping a radio identification transponder according to a second embodiment of the invention is illustrated in FIG. 5, the transponder 2 being illustrated in FIG. 6.
  • the antenna 1 comprises a substrate 3 on which is deposited a first conductive layer 4a printed with a conductive ink.
  • the first Conductive layer 4a is generally planar, said plane being defined by two orthogonal X and Y axes.
  • the first conductive layer 4a comprises turns 5 of generally rectangular shape, here four turns 5. Each turn 5 thus comprises straight portions 5a extending along the X axis and straight portions 5b extending along the Y axis. Each turn may also comprise oblique straight zones 5c with respect to the X and Y axes.
  • a first layer of dielectric or insulating material 6a is deposited by printing over most of the first conductive layer 4a. Some areas of the first conductive layer 4a are not covered with dielectric material 6a.
  • a second conductive layer 4b is deposited by printing with a conductive ink.
  • the second conductive layer 4b comprises coils 5 of rectangular general shape, here four turns. As before, each turn 5 thus comprises rectilinear portions 5a extending along the X axis and rectilinear portions 5b extending along the Y axis. Each turn 5 may also comprise rectilinear zones 5c oblique with respect to the X axes. and Y.
  • At least one turn 5 of the second conductive layer 4b is located in a zone devoid of insulating material 6a so that, in this zone, the turn 5 of the second conductive layer 4b is in contact with the corresponding turn 5 of the first conductive layer 4a so as to form a conductive bridge 7.
  • a second layer of dielectric or insulating material 6b is deposited by printing over most of the second conductive layer 4b. Some areas of the second conductive layer 4b are not covered with dielectric material 6b.
  • a third conductive layer 4c is deposited by printing with a conductive ink.
  • the third conductive layer 4c has coils 5 of rectangular general shape, here four turns. As before, each turn 5 thus comprises rectilinear portions 5a extending along the axis X and rectilinear portions 5b extending along the Y axis. Each turn 5 may also comprise rectilinear zones 5c oblique with respect to the X and Y axes.
  • At least one turn 5 of the third conductive layer 4c is located in a zone devoid of insulating material 6b so that, in this area, the turn 5 of the third conductive layer 4c is in contact with the corresponding turn 5 of the second conductive layer 4b so as to form a conductive bridge 7.
  • a third layer of dielectric or insulating material 6c is deposited by printing over most of the third conductive layer 4c. Some areas of the third conductive layer 4c are not covered with dielectric material 6c.
  • a fourth conductive layer 4d is deposited by printing with a conductive ink.
  • the fourth conductive layer 4d comprises turns 5 of generally rectangular shape, here four turns 5. As before, each turn 5 thus comprises straight portions 5a extending along the X axis and straight portions 5b extending according to the Y axis. Each turn 5 may also comprise rectilinear zones 5c oblique with respect to the X and Y axes.
  • At least one turn 5 of the fourth conductive layer 4d is located in a zone devoid of insulating material 6c so that, in this area, the turn 5 of the fourth conductive layer 4d is in contact with the corresponding turn 5 of the third conductive layer 4d so as to form a conductive bridge 7.
  • a conductive bridge also connects the first conductive layer 4a and the fourth conductive layer 4d.
  • the turns 5 of the various conductive layers 4a, 4b, 4c, 4d are superimposed.
  • Z defines the stacking axis of the layers 4a, 4b, 4c, 4d, 6a, 6b, 6c.
  • the X, Y and Z axes are orthogonal. In other words, the turns 5 of the different conductive layers 4a, 4b, 4c, 4d are located facing each other along the Z axis, at least partially.
  • the stack of conductive layers is located only on one side of the substrate, which avoids making a via between the two faces, allows for a stack of as many layers as desired or allows have thinner insulating layers.
  • the four layers 4a, 4b, 4c, 4d of turns 5 thus form a continuous coil having a total number of turns corresponding to the sum of the turns 5 of the first conductive layer 4a, the turns 5 of the second conductive layer 4b, turns 5 of the third conductive layer 4c and turns 5 of the fourth conductive layer 4d.
  • the coil is open in that it comprises two free ends 8 which are electrically connected to a chip or integrated circuit 9 of the transponder 2.
  • the chip 9 is fixed by bonding and electrically connected to the corresponding ends 8 of the coil, by the intermediate of a conductive adhesive 10 for example.
  • the turns 5 of the first conductive layer 4a have a section width 11 of the order of 900 miti, the gap 11 between the turns 5 being of the order of 300 pm.
  • the turns 5 of the second conductive layer 4b have a section width I2 of the order of 700 ⁇ m, the interval i2 between the turns 5 being of the order of 500 ⁇ m.
  • the turns of the third conductive layer 4c have a section width I3 of the order of 500 ⁇ m, the interval i3 between the turns 5 being of the order of 700 ⁇ m.
  • the turns 5 of the first conductive layer 4a are thus wider than the turns 5 of the second conductive layer 4b.
  • the turns 5 of the second conductive layer 4b are wider than the turns 5 of the third conductive layer 4c.
  • the turns 5 of the third conductive layer 4c are wider than the turns 5 of the fourth layer conductive 4d.
  • the difference in section width of the turns 5 between two adjacent conductive layers being of the order of 200 miti. As before, this ensures that the turns 5 of the different conductive layers 4a, 4b, 4c, 4d are aligned with each other, despite positioning tolerances of +/- 100 pm between the different conductive layers 4a, 4b, 4c, 4d.
  • the turns 5 of the first conductive layer 4a, the second conductive layer 4b, the third conductive layer 4c and the fourth conductive layer 4d have a thickness e of between 1 and 40, preferably between 2 and 20.
  • the layers of dielectric material 6a, 6b, 6c have a thickness e 'of between 5 and 50 ⁇ m, preferably between 10 and 30 ⁇ m.
  • the transponder has a width I of the order of 8 mm and a length L of the order of 16 mm, ie a surface of the order of 128 mm 2 .
  • the shape of the turns of each conductive layer may be different from that presented above.
  • the turns may have a rounded shape or any polygonal shape.

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Abstract

L'invention concerne un inducteur (1) comprenant au moins une première couche conductrice (4a) comportant au moins une première spire (5) en matériau conducteur et au moins une deuxième couche conductrice (4b) comportant au moins une deuxième spire (5) en matériau conducteur, au moins un pont conducteur (7) reliant les première et deuxième spires (5), une couche en matériau isolant (6a) étant intercalée au moins partiellement entre les première et deuxième spires (5), les première et deuxième spires (5) étant superposées au moins en partie dans la direction d'empilement (Z) desdites couches (4a, 4b, 6a), caractérisé en ce que, dans la zone de superposition desdites spires, la largeur (11) de la section de la première spire (5, 4a) est plus importante que la largeur (12) de la section de la deuxième spire (5, 4b).

Description

INDUCTEUR MULTICOUCHES
DOMAINE
[1] La présente invention concerne un inducteur, tel par exemple qu’une antenne pour un transpondeur de radio-identification ou tel par exemple qu’une antenne de transmission de puissance.
CONTEXTE
[2] La radio-identification, le plus souvent désignée par l’acronyme RFID (de l’anglais « Radio Frequency Identification »), est une méthode permettant d’identifier à distance des objets ou des individus, à l’arrêt ou en mouvement, et d’échanger avec eux des données qui sont fonction des applications envisagées.
[3] Un système RFID comporte classiquement :
- un lecteur ou scanner, qui est un dispositif dit actif, qui envoie une onde électromagnétique porteuse d’un signal en direction des objets à identifier ou à contrôler. En retour, le lecteur est apte à recevoir une information.
- une étiquette ou transpondeur, également appelé « tag » en anglais, qui est fixée ou intégrée à l’objet à identifier, et qui interagit à une fréquence spécifique à la réception du signal envoyé par le lecteur en renvoyant vers ce dernier l’information demandée,
- un ordinateur de stockage et de traitement des informations recueillies par le lecteur, le lecteur pouvant être un smartphone par exemple.
[4] Un transpondeur RFID comporte une puce ou microprocesseur, éventuellement dotée d’une mémoire, par exemple de type EEPROM, et connectée à une antenne dite bobinée ou à une antenne formée par un dipôle, c’est-à-dire comportant plusieurs spires. [5] Le lecteur et l’étiquette peuvent interagir selon plusieurs modes d’interaction. L’un de ces modes est le couplage de nature inductive ou magnétique.
[6] L’ une des applications des systèmes RFID est la communication en champ proche, également désignée sous l’acronyme NFC (de l’anglais
« NearField Communication »). Dans un tel cas, le lecteur et le transpondeur doivent être placés à une très courte distance l’un de l’autre, typiquement de l’ordre de quelques centimètres. Une telle méthode de communication utilise une fréquence de communication de 13,56 Mhz et vise à sécuriser l’échange d’informations, puisqu’un tel mode d’échange de données suppose une démarche volontaire de l’utilisateur pour approcher le transpondeur du lecteur.
[7] Il existe aujourd’hui un besoin de miniaturiser les transpondeurs ou les étiquettes RFID, notamment pour les fixer à des objets de faibles dimensions. Cependant, la taille et la forme du transpondeur influent sur les dimensions de l’antenne et donc sur la fréquence de résonance de l’antenne.
[8] Afin de pouvoir réduire les dimensions du transpondeur sans modifier la fréquence de résonance de l’antenne, il est connu d’utiliser des antennes multicouches.
[9] L’utilisation d’une antenne multicouches est notamment connue du document JP4826195 ou du document EP 2 779 181. Une telle antenne comporte une superposition de couches comportant chacune plusieurs spires, les différentes couches étant reliées les unes aux autres par l’intermédiaire de ponts conducteurs ou vias, de manière à former une bobine continue composée de plusieurs couches de spires. Les spires sont superposées, c’est-à-dire sont positionnées en regard les unes des autres dans la direction d’empilement des couches. La fréquence de résonance du transpondeur est notamment fonction de l’inductance et de la capacité de l’antenne, et de la capacité de la puce. L’inductance et la capacité de l’antenne sont notamment fonction de la quantité de spires de la bobine formée par l’antenne et de la géométrie, des dimensions desdites spires et du nombre de couches conductrices. Les différents paramètres sont ajustés par calcul par exemple, de façon notamment à accorder le transpondeur sur la fréquence de résonance choisie.
[10] Par ailleurs, l’alignement entre les spires lors de la superposition des différentes couches d’une antenne multicouches est un élément influant directement sur la fréquence de résonance. En d’autres termes, si les spires des différentes couches ne sont pas parfaitement alignées, c’est-à-dire situées en regard les unes par rapport aux autres dans le sens d’empilement des couches, alors la fréquence de résonance obtenue est décalée par rapport à la fréquence de résonance souhaitée, dégradant les performances du transpondeur ou rendant ce dernier inopérant lors de l’utilisation. Il est donc essentiel de respecter un bon alignement des spires des différentes couches de l’antenne.
[11] Il existe cependant, du fait des procédés de fabrication utilisés, des tolérances de positionnement des spires des différentes couches. Comme indiqué précédemment, de telles erreurs de positionnement, même faibles, peuvent faire varier sensiblement la capacité de l’antenne notamment et, par conséquent, sa fréquence de résonance.
[12] Il existe donc un besoin de maîtriser précisément la fréquence de résonance d’une telle antenne multicouches tout en permettant sa fabrication à l’aide de procédés de production utilisés classiquement dans l’industrie, tels par exemple que la sérigraphie ou la flexographie.
Le document US 2006/0022770 divulgue la réalisation d’un composant électronique comportant plusieurs éléments empilés comprenant chacun d’une couche conductrice et un substrat, les éléments étant assemblées entre eux, par exemple par frittage. Lors d’un tel assemblage, les éléments sont positionnés l’un par rapport à l’autre, des ponts conducteurs ou vias étant réalisés par perçage et ajout d’un matériau métallique conducteur dans le trou ainsi réalisé de façon à créer un pont électrique entre les couches conductrices des éléments. [13] Un tel procédé est complexe et coûteux à mettre en œuvre. Par ailleurs, le composant électrique ainsi réalisé présente une rigidité et une épaisseur importante, chaque élément étant constitué d’un substrat épais et d’une couche conductrice.
[14] Par ailleurs, les couches conductrices sont réalisées par un procédé de gravure chimique, nécessitant l’utilisation de produits polluants. Les réglementations de nombreux pays encadrent strictement, voire interdisent, de tels procédés.
[15] De plus, un inducteur réalisé sur un substrat plastique n’étant pas recyclable, un tel inducteur ne peut pas être utilisé dans une application de courte durée, telle par exemple qu’une utilisation dans un billet de transport jetable.
[16] L’ invention s’applique de façon plus générale à tout type d’inducteur comportant un empilement de spires. Un tel inducteur peut par exemple être utilisé dans le cadre de la transmission d’énergie sans fil par induction électromagnétique. Un domaine d’application est par exemple la recharge de batterie d’appareils électroniques ou l’alimentation sans contact d’un circuit électrique. Un exemple d’application peut notamment être l’alimentation sans contact de diodes électroluminescentes intégrées à l’emballage d’un produit.
RESUME DE L’INVENTION
[17] L’ invention vise à répondre aux contraintes techniques précitées, de manière simple, fiable et peu coûteuse.
[18] A cet effet, elle propose un inducteur comprenant au moins une première couche conductrice comportant au moins une première spire en matériau conducteur et au moins une deuxième couche conductrice comportant au moins une deuxième spire en matériau conducteur, au moins un pont conducteur reliant les première et deuxième spires, une couche en matériau isolant étant intercalée au moins partiellement entre les première et deuxième spires, les première et deuxième spires étant superposées au moins en partie dans la direction d’empilement desdites couches, caractérisé en ce que, dans la zone de superposition desdites spires, la largeur de la section de la première spire est plus importante que la largeur de la section de la deuxième spire.
[19] Une section d’une spire peut être définie comme étant l’intersection d’une zone de la spire avec un plan d’intersection perpendiculaire au plan de la spire ou de la couche concernée, ledit plan d’intersection étant parallèle à la direction d’empilement des couches.
[20] Pour une section de la spire, on définit par largeur la dimension de ladite section suivant un axe perpendiculaire à la direction d’empilement des couches et perpendiculaire à la direction d’extension de la spire, dans la zone concernée de la spire. Par ailleurs, pour une section de la spire, on définit par épaisseur la dimension de ladite section suivant l’axe de la spire.
[21] La direction d’empilement des couches peut être confondue avec l’axe d’enroulement de chaque spire, appelé également de façon générique axe de la spire.
[22] La fait que la deuxième spire présente une section plus large que la section de la première spire dans la zone de recouvrement permet de s’affranchir, dans une certaine mesure, des tolérances de positionnement des spires les unes par rapport aux autres lors de l’empilement des couches et de la superposition des spires.
[23] De cette manière, on garantit que la surface de superposition desdites spires reste contrôlée, même en cas de légère erreur de positionnement de la première spire par rapport à la deuxième spire. Ceci reste vrai tant que l’erreur de positionnement, due aux tolérances de positionnement des procédés de fabrication utilisés, reste inférieure à la différence de largeur entre les sections des spires superposées.
[24] La capacité de l’inducteur, et donc la fréquence de résonance, est dépendante de la surface de superposition. Cette dernière pouvant être contrôlée grâce à la structure de l’inducteur selon l’invention, il est également possible de maîtriser parfaitement la fréquence de résonance.
[25] L’espacement de la première spire par rapport à la deuxième spire selon l’axe desdites spires est maîtrisé par l’épaisseur de la couche isolante entre lesdites spires. Cet espacement influe également sur la capacité de l’inducteur, et donc sur la fréquence de résonance.
[26] L’intérêt de l’impression dans un tel cas est aussi de pouvoir maîtriser finement l’épaisseur de l’isolant, ce qui est plus difficile lorsque l’isolant est lui-même un substrat.
[27] Bien entendu, l’invention vise également le cas où l’inducteur comporte trois couches de spires ou plus. Dans le cas de trois couches de spires conductrices, les couches de spires sont séparées deux à deux, au moins en partie, par des couches isolantes qui peuvent être imprimées. Dans un tel cas, dans la zone de superposition desdites spires :
- la largeur de la section de la première spire, appartenant à la première couche conductrice, est plus importante que la largeur de la section de la deuxième spire, appartenant à la deuxième couche conductrice, et la largeur de la section de la deuxième spire est plus importante que la largeur de la section de la troisième spire, appartenant à la troisième couche conductrice.
[28] La différence de largeur entre les sections correspondantes de deux spires de deux couches consécutives est comprise entre 50 et 500 miti, de préférence comprise entre 100 et 300 pm.
[29] Une telle différence de largeur doit être suffisamment importante pour compenser les tolérances ou défauts de positionnement dus aux procédés de fabrication utilisés, sans être trop importante pour limiter l’encombrement de l’inducteur.
[30] Les spires d’une même couche peuvent être espacées l’une de l’autre d’un intervalle compris entre 50 et 1000 pm, de préférence compris entre 200 et 600 pm. [31] Un tel intervalle doit être suffisamment important pour éviter tout risque de court-circuit entre les spires. Cet intervalle doit par ailleurs être suffisamment faible pour assurer une bonne compacité de l’inducteur tout en disposant d’un nombre important de spires. Il s’agit donc de trouver un bon compromis entre ses différentes contraintes.
[32] Chaque couche conductrice peut être réalisée à l’aide d’une encre conductrice.
[33] L’ encre conductrice peut être choisie parmi les encres suivantes : une encre à base de carbone, par exemple à base de graphite ou de graphène, de nanotubes de carbone (CNT),
une encre à base d’un matériau polymère conducteur, par exemple de polyaniline, de poly(3,4-ethylènedioxythiophène), plus communément appelé PEDOT, de polythiophènes ou de polypyrrole,
une encre à base de métal, par exemple des microparticules ou nanoparticules de métal, par exemple à base d’argent, de cuivre, de nickel, de platine, d’étain ou d’or, en particulier une encre à base d’argent sous forme de microparticules ou de nanoparticules.
[34] Le terme microparticules peut être utilisé pour désigner des particules de dimensions comprises entre 0,1 et 100 pm.
[35] Le terme nanoparticules peut être utilisé pour désigner des particules de dimensions comprises entre 1 et 100 nm.
[36] L’ encre conductrice peut être déposée par un procédé d’impression de type sérigraphie, flexographie, héliogravure, offset ou jet d’encre.
[37] La sérigraphie est une technique d’impression à plat, dans laquelle une toile est tendue sur un cadre puis partiellement obstruée par une résine photosensible. L’encre est forcée à passer au travers du maillage de la toile, au niveau des zones non obstruées, par l’action d’une racle exerçant une pression sur l’encre. L’encre ayant traversé la toile est alors déposée sur un support. [38] La sérigraphie est une technique peu coûteuse, robuste et simple à mettre en œuvre. Cette technique permet de former des couches ou dépôts allant de quelques centaines de nanomètres à près de 100 pm.
[39] La flexographie est une technique d’impression basée sur le transfert d’une encre sur un substrat en utilisant une forme imprimante en relief, appelée cliché. Cette forme est réalisée en caoutchouc ou en polymère photosensible. Ladite forme est encrée, c’est-à-dire recouverte d’une couche d’encre, cette encre étant ensuite transférée à la surface du substrat par pression du cliché sur le substrat.
[40] La flexographie permet d’imprimer de nombreux substrats à des vitesses élevées, la pression exercée sur ces derniers étant relativement faible. Par ailleurs, cette technique offre une bonne résolution d’impression, la finesse des lignes imprimées pouvant atteindre environ 40 pm. Par ailleurs, l’épaisseur de la couche déposée peut être comprise entre 0,8 et 8 pm.
[41] L’héliogravure est une technique d’impression reposant sur le transfert d’encre sur un substrat par l’intermédiaire d’un cylindre gravé. Le cylindre est constitué de petites alvéoles dont la profondeur peut être ajustée, destinées à former le motif à imprimer.
[42] L’héliogravure permet d’imprimer des laizes de plusieurs mètres, à des vitesses très élevées, de plusieurs centaines de mètres par minutes. Par ailleurs, cette technique d’impression offre une bonne résolution, avec des lignes très fines d’une largeur de quelques dizaines de micromètres, et permet de déposer des couches dont l’épaisseur est comprise entre 0,5 et 12 pm.
[43] L’ offset est une technique d’impression utilisant une forme imprimante quasiment plane, par exemple une plaque en aluminium flexible, enduite d’un film photosensible de faible épaisseur. Le motif est obtenu par insolation aux rayons UV. Les zones non exposées aux rayons UV sont ensuite éliminées de manière chimique. La plaque est ensuite fixée à un rouleau, sur lequel les zones non-imprimantes sont recouvertes d’une solution aqueuse dite de mouillage. Cette solution se dépose facilement dans les zones non- imprimantes de fait de l’énergie de surface élevée dans ces zones, tandis qu’elle ne peut se déposer sur les surfaces imprimantes hydrophobes, possédant une énergie de surface plus faible. Des rouleaux encreurs déposent ensuite de l’encre grasse, qui ne peut s’étaler sur les zones préalablement mouillées, cette encre ne se déposant donc que sur les zones imprimantes. L’encre est ensuite transférée au substrat, par l’intermédiaire d’une plaque élastomère compressible appelée blanchet, montée sur un rouleau.
[44] L’offset est une technique d’impression précise, tant au niveau de la résolution qui peut atteindre 15 miti, que du positionnement entre les différentes couches successives. Cette technique offre également des cadences d’impression élevées, de l’ordre de 6000 à 15000 impressions par heure, par exemple.
[45] Le jet encre est une technique d’impression consistant à former et éjecter des gouttes uniformes de très faible volume, de l’ordre de quelques picolitres, à l’aide de buses.
[46] Le jet d’encre est une technique d’impression offrant une grande flexibilité et permettant d’imprimer tout type de substrat avec une résolution élevée. En effet, cette technique permet d’imprimer des lignes dont les largeurs peuvent être comprises entre 10 et 50 prn.
[47] L’ une des couches conductrices peut être formée sur un substrat.
[48] Le substrat peut être réalisé en papier, en papier synthétique, tel par exemple que le produit commercialisé sous la marque Teslin par la société PPG Industries, en polyéthylène téréphtalate (PET), en polyéthylène naphtalate (PEN) ou en polyimide (PI).
[49] L’ utilisation d’un substrat papier permet de pouvoir recycler aisément l’inducteur, tout en réduisant les coûts de fabrication. Un tel substrat offre également une faible épaisseur et une souplesse importante, tout en autorisant la formation des couches conductrices par un procédé additif d’impression peu polluant, de façon à obtenir un inducteur plan, de faible épaisseur.
[50] La couche isolante peut être réalisée à l’aide d’une encre diélectrique UV.
[51] Une telle encre est apte à réticuler lorsqu’elle est soumise aux rayons
UV. Une telle encre est par exemple du type acrylique ou polyuréthane.
[52] L’ invention concerne également un transpondeur de radio- identification caractérisé en ce qu’il comporte un inducteur du type précité formant une antenne, et une puce ou circuit imprimé reliée à l’antenne.
[53] Le transpondeur peut être accordé sur une fréquence de résonance de 13,56 MHz, plus ou moins 5 %. Une telle fréquence correspond à celle utilisée pour la communication en champ proche ou NFC.
[54] La puce peut être assemblée par collage à l’antenne, par exemple à l’aide d’une colle anysotropyque électriquement conductrice dans l’axe Z.
[55] La puce peut être située dans une zone de l’inducteur dépourvue de couche isolante, de façon à réduire l’épaisseur totale du transpondeur et éviter que la puce ne forme une zone en saillie importante. Ceci présente notamment un intérêt dans le cas où le transpondeur est laminé entre deux feuilles support, par exemple deux feuilles en papier. La caractéristique précitée permet d’éviter un écrasement de la puce lors de l’opération de laminage, ladite puce étant alors noyée ou partiellement noyée dans l’épaisseur des couches conductrices et isolantes du transpondeur.
[56] Le pont conducteur entre les spires de deux couches superposées peut être réalisé dans une zone dépourvue de couche isolante, directement par dépôt de la deuxième couche conductrice sur la première couche conductrice, dans cette zone dépourvue de couche isolante. De cette manière, le pont conducteur peut être obtenu sans nécessiter d’étape supplémentaire.
[57] En particulier, la liaison entre les différentes couches conductrices ne nécessite pas de via, comme cela est le cas dans l’art antérieur, en particulier dans le document US 2006/0022770. On s’affranchit ainsi d’une opération supplémentaire de perçage et de métallisation du trou ainsi réalisé. La liaison électrique entre les couches conductrices est réalisée directement lors du procédé additif d’impression des couches conductrices les unes sur les autres, ce qui permet de réduire les coûts et augmenter les cadences de fabrication. Sur une presse d’imprimerie à quatre couleurs (Cyan, Magenta, Jaune, Noir), la réalisation d’un inducteur selon l’invention peut s’effectuer en un seul passage sur un seul substrat.
[58] Les couches conductrices peuvent présenter une épaisseur comprise entre 0,1 et 100 miti, de préférence entre 1 et 30 pm.
[59] Dans le cas d’une impression de type flexographie, l’épaisseur de la couche conductrice peut être comprise entre 1 et 5 pm.
[60] Dans le cas d’une impression de type sérigraphie, l’épaisseur de la couche conductrice peut être comprise entre 4 et 20 pm.
[61] Des couches conductrices épaisses permettent d’obtenir de bonnes performances mais peuvent pénaliser le coût de production. Il convient donc de trouver un compromis entre ces différentes contraintes.
[62] La couche isolante peut présenter une épaisseur comprise entre 10 et 60 pm, de préférence entre 10 et 40 pm. Une épaisseur d’isolant suffisante est nécessaire pour éviter tout court-circuit entre les spires des différentes couches superposées. Cependant, il convient de limiter l’épaisseur de la couche isolante afin de ne pas pénaliser la capacité de l’inducteur. Il convient là encore de trouver un bon compromis entre ces différentes contraintes.
[63] Dans le cas d’une impression de type flexographie, l’épaisseur de la couche isolante peut être comprise entre 2 et 20 pm.
[64] Dans le cas d’une impression de type sérigraphie, l’épaisseur de la couche conductrice peut être comprise entre 10 et 50 pm.
[65] L’ inducteur peut présenter une surface comprise entre 50 et 10000 mm2 de préférence entre 100 et 400 mm2.
[66] L’ inducteur peut présenter une épaisseur inférieure à 20 pm lorsque les couches conductrices sont imprimées par flexographie, dans le cas d’un inducteur à deux couches conductrices superposées. [67] L’ inducteur peut présenter une épaisseur inférieure à 80 pm lorsque les couches conductrices sont imprimées par sérigraphie, dans le cas d’un inducteur à deux couches conductrices superposées.
[68] L’ inducteur peut présenter une épaisseur inférieure à 50 pm lorsque les couches conductrices sont imprimées par flexographie, dans le cas d’un inducteur à quatre couches conductrices superposées.
[69] L’ inducteur peut présenter une épaisseur inférieure à 120 pm lorsque les couches conductrices sont imprimées par sérigraphie, dans le cas d’un inducteur à quatre couches conductrices superposées.
[70] On notera que l’épaisseur d’un tel inducteur est relativement faible, par comparaison avec les composants électroniques de l’art antérieur réalisés par assemblage d’éléments laminés, tels que décrits notamment dans le document US 2006/0022770, ce qui permet d’intégrer un tel inducteur facilement à un produit fini, par exemple à un packaging. Une épaisseur faible offre également une souplesse importante à l’inducteur, indispensable notamment à une production en bobine.
[71] La couche isolante peut présenter une permittivité comprise entre 2 et 50.
[72] La puce peut présenter une capacité interne comprise entre 10 et 100 pF, par exemple de l’ordre de 17, 23,5, 50 ou 97 pF. Dans la suite de la description, on supposera que la puce présente une capacité de 50 pF.
[73] Le facteur de qualité du transpondeur est par exemple compris entre 2 et 20, de préférence de l’ordre de 4 à 16.
[74] Le facteur de qualité Q est défini par la relation Q = 2.n.f.-, où f est le fréquence de résonance, L est l’inductance de l’antenne et R est la résistance de l’antenne.
[75] Le facteur de qualité peut également être défini comme le rapport de la fréquence propre (fréquence à laquelle le gain est maximal) à la largeur de la bande passante de la résonance du système. En d’autres termes, plus le facteur de qualité est élevé, plus la bande passante est petite ou étroite, et plus la résonance est "piquée". Le facteur de qualité ne doit pas être trop élevé de façon à ne pas atténuer de plus de 3dB les fréquences des sous- porteuses, nécessaires à la communication avec le lecteur. Il doit cependant être suffisamment important pour assurer la qualité de la détection. A titre d’exemple, pour le standard IS014443, le facteur de qualité optimal sera compris entre 4 et 9, tandis qu’il sera compris entre 9 et 16 pour le standard IS015693.
[76] On notera par ailleurs que la fréquence de résonance f est définie par la relation J f =— 2 7 T. ^J=LC, où L est l’inductance de l’antenne et où C est la capacité totale du transpondeur.
[77] Plusieurs paramètres ont une influence sur la résistance R, l’inductance L et la capacité C.
[78] C’ est ainsi que la résistance R est proportionnelle au nombre de spires de l’antenne et à la surface totale de l’antenne, et est inversement proportionnelle à la largeur de la section des spires, à l’espacement entre les spires, à l’épaisseur de chaque couche conductrice, à la conductivité de l’encre conductrice, et à la performance du recuit utilisé pour les couches conductrices.
[79] C’ est ainsi également que l’inductance L de l’antenne est proportionnelle au nombre de spires de l’antenne et à la surface de l’antenne, et est inversement proportionnelle à la largeur de la section des spires, et à l’espacement entre les spires.
[80] C’ est ainsi également que la capacité de l’antenne est proportionnelle au nombre de spires de l’antenne, à la surface de l’antenne, et à l’épaisseur de chaque couche conductrice et est inversement proportionnelle à la largeur de la section des spires, et à l’espacement entre les spires.
[81] L’ invention concerne également un procédé de fabrication d’un inducteur du type précité, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :
former au moins une première couche conductrice comportant au moins une première spire en matériau conducteur, former une couche en matériau isolant sur une partie au moins de la première couche conductrice,
former au moins une deuxième couche conductrice comportant au moins une deuxième spire en matériau conducteur, sur la couche de matériau isolant et/ou sur la première couche, les première et deuxième spires étant superposées au moins en partie dans la direction d’empilement desdites couches, les spires étant dimensionnées et positionnées de telle sorte que, dans la zone de superposition desdites spires, la largeur de la section de la première spire est plus importante que la largeur de la section de la deuxième spire, et de telle sorte que les spires soient reliées par au moins un pont conducteur.
[82] Les étapes de formation des couches conductrices peuvent être réalisées par impression à l’aide d’une encre conductrice.
[83] Le procédé peut comporter au moins une étape de recuit de l’une au moins des couches conductrices.
[84] Une étape de recuit peut être réalisée après chaque étape d’impression d’une couche conductrice. La température et le type de recuit réalisé peuvent être notamment adaptés au support.
[85] Après leur impression, les encres métalliques nécessitent un traitement thermique afin d’évaporer les composés organiques présents dans leur formulation. Ce traitement permet notamment d’améliorer les propriétés de conduction électrique des différentes couches conductrices. Cette étape, appelé recuit de frittage ou de coalescence, peut être réalisée par l’élévation de la température de l’encre dans une étuve ou dans un tunnel à air chaud. Les substrats flexibles ont cependant une faible tolérance à la température, ce qui oblige à limiter les températures de recuit. Le tableau ci- dessous donne des valeurs indicatives de températures maximales de recuit, pour différents types de substrats.
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[86] Il est également possible de réaliser un recuit dit sélectif, permettant de chauffer de façon plus importante les couches conductrices que le substrat. Pour cela, plusieurs techniques peuvent être utilisées.
[87] Une première technique consiste à réaliser un recuit dit électrique, lorsque duquel un courant électrique traverse les spires des couches conductrices de façon à provoquer sélectivement leur échauffement. La durée peut être de l’ordre de quelques secondes. Un tel recuit est également appelé recuit électrique rapide (RES).
[88] Une seconde technique est le recuit plasma, lors duquel on utilise un plasma, c’est-à-dire un gaz ionisé généré par l’application d’une énergie importante (activation), et qui a pour effet d’exciter les ions présents dans le gaz. Il s’agit alors d’utiliser un plasma dont la température est plus basse que la température maximale du substrat utilisé.
[89] Une troisième technique consiste à réaliser un recuit micro-ondes, lors duquel les couches conductrices sont soumises à des micro-ondes de manière à provoquer leur échauffement sélectif.
[90] Une quatrième technique est le recuit photonique, qui consiste à utiliser un rayonnement électromagnétique allant de l’ultraviolet à l’infrarouge. L’absorption optique caractéristique des particules métalliques permet un échauffement sélectif de la majorité des encres métalliques, en se plaçant dans une gamme de longueur d’ondes choisie de façon à ne pas affecter (ou de façon limitée) le substrat. Le recuit photonique peut être un recuit laser, un recuit infrarouge, ou encore un recuit par lumière xénon pulsée (IPL).
[91] Le recuit laser d’encres métalliques consiste à irradier les couches conductrices à l’aide d’un faisceau laser motorisé. La longueur d’ondes est choisie de telle sorte à correspondre au maximum d’absorption de l’encre utilisée. [92] Le recuit infrarouge repose sur l’utilisation de lampes émettant un rayonnement lumineux proche de celui d’un corps noir, avec un pic d’émission compris entre 0,78 et 3 pm pour le proche infrarouge (NIR) et entre 3 e 50 pm pour l’infrarouge moyen (MIR).
[93] Le recuit par lumière pulsée est une technique de recuit photonique dans laquelle des lampes au xénon sont excitées de manière pulsée. Le rayonnement lumineux émis s’étend de l’ultraviolet au proche infrarouge (200 nm à 1000 nm). La durée caractéristique d’un puise est de l’ordre de quelques microsecondes à quelques millisecondes.
[94] La puce peut être déposée à l’issue de la formation de l’antenne, par un procédé dit « pick and place », qui consiste à prendre une puce unitaire, comportant par exemple au moins une excroissance (ou « bump » en anglais), et à venir l’aligner et la déposer sur l’antenne. L’assemblage de la puce sur l’antenne peut être réalisée à l’aide d’une colle réticulable. Une pression de quelques centaines de grammes par exemple peut être appliquée sur la puce, de façon à ce que l’excroissance soit appliquée et au contact de la piste conductrice correspondante. Une température comprise par exemple entre 150°C et 200°C peut être appliquée de façon à réticuler la colle.
[95] Un tel procédé permet d’obtenir une cadence de fabrication importante. On notera qu’un tel procédé peut être facilement mis en œuvre du fait de la faible épaisseur de l’inducteur formant l’antenne. En effet, dans le cas d’une antenne d’épaisseur importante, le positionnement de la puce sur l’antenne est plus complexe à réaliser.
[96] L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif en référence aux dessins annexés. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES la figure 1 est une vue éclatée en perspective, illustrant une antenne selon une première forme de réalisation de l’invention, destinée à équiper un transpondeur de radio-identification, l’antenne présentant deux couches conductrices ;
la figure 2 est une vue de dessus d’une partie des couches conductrices de l’antenne de la figure 1 ,
la figure 3 est une vue en coupe d’une partie d’un transpondeur comportant une antenne de la figure 1 ,
- la figure 4 est un diagramme représentant la courbe caractéristique d’un transpondeur équipé de l’antenne de la figure 1 , représentant l’évolution de l’impédance en fonction de la fréquence ;
la figure 5 est une vue éclatée en perspective, illustrant une antenne selon une deuxième forme de réalisation de l’invention, destinée à équiper un transpondeur de radio-identification, l’antenne présentant quatre couches conductrices ;
la figure 6 est une vue en coupe d’une partie d’un transpondeur comportant une antenne de la figure 5.
DESCRIPTION DETAILLEE [97] Une antenne 1 destinée à équiper un transpondeur 2 de radio- identification selon une première forme de réalisation de l’invention est illustrée aux figures 1 et 2, le transpondeur 2 étant illustré à la figure 3. L’antenne 1 comporte un substrat 3 (figure 3) sur lequel est déposée une première couche conductrice 4a imprimée à l’aide d’une encre conductrice. La première couche 4a est globalement plane, ledit plan étant défini par deux axes X et Y orthogonaux. La première couche conductrice 4a comporte des spires 5 de forme générale rectangulaire, ici quatre spires 5. Chaque spire 5 comporte ainsi des portions rectilignes 5a s’étendant selon l’axe X et des portions rectilignes 5b s’étendant selon l’axe Y. Chaque spire 5 peut également comporter des zones rectilignes 5c obliques par rapport aux axes X et Y.
[98] Une couche 6a de matériau diélectrique ou isolant est déposée par impression sur la majeure partie de la première couche conductrice 4a. Certaines zones de la première couche conductrice 4a ne sont pas recouvertes de matériau diélectrique 6a. Une seconde couche conductrice 4b est déposée par impression à l’aide d’une encre conductrice. La seconde couche conductrice 4b comporte des spires 5 de forme générales rectangulaires, ici cinq spires 5. Comme précédemment, chaque spire 5 comporte ainsi des portions rectilignes 5a s’étendant selon l’axe X et des portions rectilignes 5b s’étendant selon l’axe Y. Chaque spire 5 peut également comporter des zones rectilignes obliques 5c par rapport aux axes X et Y.
[99] Les spires 5 de la seconde couche conductrice 4b sont superposées par rapport aux spires 5 de la première couche conductrice 4a. On définit par
Z l’axe d’empilement des couches 4a, 4b. Les axes X, Y et Z sont orthogonaux. En d’autres termes, les spires 5 de la première couche conductrice 4a sont situées en regard, selon l’axe Z, des spires 5 de la seconde couche conductrice 4b.
[100] Au moins une spire 5 de la seconde couche conductrice 4b est située dans une zone dépourvue de matériau isolant de sorte que, dans cette zone, la spire 5 de la seconde couche conductrice 4b est en contact avec la spire correspondante 5 de la première couche conductrice 4a de manière à former un pont conducteur 7. Les deux couches de spires 5 forment ainsi une bobine continue comportant un nombre de spires 5 total correspondant à la somme des spires 5 de la première couche conductrice 4a et des spires 5 de la seconde couche conductrice 4b. Les couches conductrices 4a, 4b sont de préférence uniquement assemblées en série, et non en parallèle. La bobine est ouverte en ce qu’elle comporte deux extrémités libres 8 qui sont reliées électriquement à une puce ou circuit intégré 9 du transpondeur 2. La puce 9 peut être située dans une zone dépourvue de couche de matériau diélectrique 6a et dépourvue de spires 5 de la seconde couche conductrice 4b, de manière à être logée ou noyée, au moins en partie, dans une cavité de la couche isolante 6a et de la seconde couche conductrice 4b.
[101] La puce 9 est fixée par collage et connectée électriquement aux extrémités correspondantes 8 de la bobine, par l’intermédiaire d’une colle conductrice 10 par exemple.
[102] Dans cet exemple, les spires 5 de la première couche conductrice 4a ont une largeur de section 11 (également appelée largeur de ligne) de l’ordre de 500 miti, l’intervalle il entre les spires 5 (également appelé interligne) étant de l’ordre de 300 pm. Les spires 5 de la seconde couche conductrice 4b ont une largeur de section 12 de l’ordre de 300 pm, l’intervalle i2 entre les spires 5 étant de l’ordre de 500 pm. On notera que 11 + il = 12 + i2, de façon à respecter la superposition des spires 5 des différentes couches conductrices 4a, 4b, selon l’axe Z d’empilement des couches 4a, 4b, 6a.
[103] Les spires 5 de la première couche conductrice 4a sont ainsi plus larges que les spires 5 de la seconde couche conductrice 4b, la différence de largeur étant ici de l’ordre de 200 pm. Ceci permet de garantir que les spires 5 de la seconde couche conductrice 4b sont alignées avec les spires 5 de la première couche conductrice 4a, avec une tolérance de positionnement par rapport à une position nominale souhaitée de +/- 100 pm. Une telle tolérance peut être obtenue avec la majorité des procédés d’impression usuels utilisés en imprimerie, tels par exemple que la sérigraphie, la flexographie, l’héliogravure, l’offset ou le jet d’encre.
[104] Les spires 5 de la première couche conductrice 4a et de la seconde couche conductrice 4b ont une épaisseur e comprise entre 1 et 40, de préférence entre 2 et 20.
[105] La couche en matériau diélectrique 6a a une épaisseur e’ comprise entre 5 et 50 pm, de préférence entre 10 et 30 pm.
[106] Le transpondeur a une largeur I de l’ordre de 10 mm et une longueur L de l’ordre de 20 mm, soit une surface de l’ordre de 200 mm2. [107] La figure 4 est un diagramme représentant la courbe caractéristique du transpondeur des figures 1 et 2, représentant l’évolution de l’impédance Z en fonction de la fréquence f. On constate que le transpondeur est parfaitement accordé puisque la fréquence de résonance fO est de l’ordre de 13,56 MHZ, même en cas de léger décalage des pistes 5 de la seconde couche conductrice 4b par rapport aux pistes 5 de la première couche conductrice 4a. Dans ce cas, le décalage peut être de l’ordre de +/- 100 pm à la fois selon l’axe X et selon l’axe Y, sans affecter la fréquence de résonance fO.
[108] Pour un transpondeur ne comportant qu’une seule couche conductrice, de largeur I de l’ordre de 10 mm et de longueur L de l’ordre de 20 mm, et pour une largeur de ligne 11 de 300pm et un intervalle il entre les spires de 300 pm, et un nombre de spires de sept, la fréquence de résonance fO obtenue après report d’une puce de 50 pF est de l’ordre de 26 MHz, c’est- à-dire bien supérieure à la fréquence recherchée de 13,56 MHz.
[109] Par comparaison, pour obtenir une fréquence de résonance de 13,56 Mhz, après report d’une puce NFC de 50 pF, avec les mêmes performances, dans le cas d’une antenne comportant une seule couche de spires présentant une largeur de section des spires et des intervalles entre les spires identiques, le transpondeur devrait présenter une largeur I de l’ordre de 15 mm et une longueur L de l’ordre de 30 mm soit une surface de l’ordre de 450 mm2.
[110] On notera également que, dans le cas d’un décalage de couches conductrices présentant des sections de même largeur, on observe également une augmentation de la fréquence de résonance réelle, par rapport à la fréquence de résonance souhaitée de 13,56 MHz.
[111] Une antenne 1 destinée à équiper un transpondeur de radio- identification selon une deuxième forme de réalisation de l’invention est illustrée à la figure 5, le transpondeur 2 étant illustré à la figure 6. L’antenne 1 comporte un substrat 3 sur lequel est déposée une première couche conductrice 4a imprimée à l’aide d’une encre conductrice. La première couche conductrice 4a est globalement plane, ledit plan étant défini par deux axes X et Y orthogonaux. La première couche conductrice 4a comporte des spires 5 de forme générale rectangulaire, ici quatre spires 5. Chaque spire 5 comporte ainsi des portions rectilignes 5a s’étendant selon l’axe X et des portions rectilignes 5b s’étendant selon l’axe Y. Chaque spire peut également comporter des zones rectilignes obliques 5c par rapport aux axes X et Y.
[112] Une première couche de matériau diélectrique ou isolant 6a est déposée par impression sur la majeure partie de la première couche conductrice 4a. Certaines zones de la première couche conductrice 4a ne sont pas recouvertes de matériau diélectrique 6a. Une deuxième couche conductrice 4b est déposée par impression à l’aide d’une encre conductrice. La deuxième couche conductrice 4b comporte des spires 5 de forme générales rectangulaires, ici quatre spires. Comme précédemment, chaque spire 5 comporte ainsi des portions rectilignes 5a s’étendant selon l’axe X et des portions rectilignes 5b s’étendant selon l’axe Y. Chaque spire 5 peut également comporter des zones rectilignes 5c obliques par rapport aux axes X et Y.
[113] Au moins une spire 5 de la deuxième couche conductrice 4b est située dans une zone dépourvue de matériau isolant 6a de sorte que cette, dans cette zone, la spire 5 de la deuxième couche conductrice 4b est en contact avec la spire correspondante 5 de la première couche conductrice 4a de manière à former un pont conducteur 7.
[114] Une deuxième couche de matériau diélectrique ou isolant 6b est déposée par impression sur la majeure partie de la deuxième couche conductrice 4b. Certaines zones de la deuxième couche conductrice 4b ne sont pas recouvertes de matériau diélectrique 6b. Une troisième couche conductrice 4c est déposée par impression à l’aide d’une encre conductrice. La troisième couche conductrice 4c comporte des spires 5 de forme générales rectangulaires, ici quatre spires. Comme précédemment, chaque spire 5 comporte ainsi des portions rectilignes 5a s’étendant selon l’axe X et des portions rectilignes 5b s’étendant selon l’axe Y. Chaque spire 5 peut également comporter des zones rectilignes 5c obliques par rapport aux axes X et Y.
[115] Comme précédemment, au moins une spire 5 de la troisième couche conductrice 4c est située dans une zone dépourvue de matériau isolant 6b de sorte que cette, dans cette zone, la spire 5 de la troisième couche conductrice 4c est en contact avec la spire correspondante 5 de la deuxième couche conductrice 4b de manière à former un pont conducteur 7.
[116] Une troisième couche de matériau diélectrique ou isolant 6c est déposée par impression sur la majeure partie de la troisième couche conductrice 4c. Certaines zones de la troisième couche conductrice 4c ne sont pas recouvertes de matériau diélectrique 6c. Une quatrième couche conductrice 4d est déposée par impression à l’aide d’une encre conductrice. La quatrième couche conductrice 4d comporte des spires 5 de forme générales rectangulaires, ici quatre spires 5. Comme précédemment, chaque spire 5 comporte ainsi des portions rectilignes 5a s’étendant selon l’axe X et des portions rectilignes 5b s’étendant selon l’axe Y. Chaque spire 5 peut également comporter des zones rectilignes 5c obliques par rapport aux axes X et Y.
[117] Comme précédemment, au moins une spire 5 de la quatrième couche conductrice 4d est située dans une zone dépourvue de matériau isolant 6c de sorte que cette, dans cette zone, la spire 5 de la quatrième couche conductrice 4d est en contact avec la spire correspondante 5 de la troisième couche conductrice 4d de manière à former un pont conducteur 7. Un pont conducteur relie également la première couche conductrice 4a et la quatrième couche conductrice 4d.
[118] Les spires 5 des différentes couches conductrices 4a, 4b, 4c, 4d sont superposées. On définit par Z l’axe d’empilement des couches 4a, 4b, 4c, 4d, 6a, 6b, 6c. Les axes X, Y et Z sont orthogonaux. En d’autres termes, les spires 5 des différentes couches conductrices 4a, 4b, 4c, 4d sont situées en regard les unes des autres selon l’axe Z, au moins partiellement. [119] L’empilement des couches conductrices ne se situe que d’un seul côté du substrat, ce qui évite de réaliser un via entre les deux faces, permet d’avoir un empilement d’autant de couches que souhaité ou permet d’avoir des couches isolantes plus fines.
[120] Les quatre couches 4a, 4b, 4c, 4d de spires 5 forment ainsi une bobine continue comportant un nombre de spires 5 total correspondant à la somme des spires 5 de la première couche conductrice 4a, des spires 5 de la deuxième couche conductrice 4b, des spires 5 de la troisième couche conductrice 4c et des spires 5 de la quatrième couche conductrice 4d. La bobine est ouverte en ce qu’elle comporte deux extrémités libres 8 qui sont reliées électriquement à une puce ou circuit intégré 9 du transpondeur 2. La puce 9 est fixée par collage et connectée électriquement aux extrémités correspondantes 8 de la bobine, par l’intermédiaire d’une colle conductrice 10 par exemple.
[121] Dans cet exemple, les spires 5 de la première couche conductrice 4a ont une largeur de section 11 de l’ordre de 900 miti, l’intervalle il entre les spires 5 étant de l’ordre de 300 pm. Les spires 5 de la deuxième couche conductrice 4b ont une largeur de section I2 de l’ordre de 700 pm, l’intervalle i2 entre les spires 5 étant de l’ordre de 500 pm. Les spires de la troisième couche conductrice 4c ont une largeur de section I3 de l’ordre de 500 pm, l’intervalle i3 entre les spires 5 étant de l’ordre de 700 pm. Les spires 5 de la quatrième couche conductrice 4d ont une largeur de section I4 de l’ordre de 300 pm, l’intervalle i3 entre les spires 5 étant de l’ordre de 900 pm. On notera que 11 + il = I2 + i2 = I3 + i3 = I4 + i4, de façon à respecter la superposition des spires 5 des différentes couches conductrices 4a, 4b, 4c,
4d, selon l’axe Z d’empilement des couches.
[122] Les spires 5 de la première couche conductrice 4a sont ainsi plus larges que les spires 5 de la deuxième couche conductrice 4b. Les spires 5 de la deuxième couche conductrice 4b sont plus larges que les spires 5 de la troisième couche conductrice 4c. Enfin, les spires 5 de la troisième couche conductrice 4c sont plus larges que les spires 5 de la quatrième couche conductrice 4d. La différence de largeur de section des spires 5 entre deux couches conductrices adjacentes étant de l’ordre de 200 miti. Comme précédemment, ceci permet de garantir que les spires 5 des différentes couches conductrices 4a, 4b, 4c, 4d sont alignées les unes avec les autres, malgré des tolérances de positionnement de +/- 100 pm entre les différentes couches conductrices 4a, 4b, 4c, 4d.
[123] Les spires 5 de la première couche conductrice 4a, de la deuxième couche conductrice 4b, de la troisième couche conductrice 4c et de la quatrième couche conductrice 4d ont une épaisseur e compris entre 1 et 40, de préférence entre 2 et 20.
[124] Les couches en matériau diélectrique 6a, 6b, 6c ont une épaisseur e’ comprise entre 5 et 50 pm, de préférence entre 10 et 30 pm.
[125] Le transpondeur a une largeur I de l’ordre de 8 mm et une longueur L de l’ordre de 16 mm, soit une surface de l’ordre de 128 mm2.
[126] Bien entendu, la forme des spires de chaque couche conductrice peut être différente de celle présentée précédemment. C’est ainsi notamment que les spires peuvent présenter une forme arrondie ou toute forme polygonale.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Inducteur (1 ) comprenant au moins une première couche conductrice (4a) comportant au moins une première spire (5) en matériau conducteur et au moins une deuxième couche conductrice (4b) comportant au moins une deuxième spire (5) en matériau conducteur, au moins un pont conducteur (7) reliant les première et deuxième spires (5), une couche en matériau isolant (6a) étant intercalée au moins partiellement entre les première et deuxième spires (5), les première et deuxième spires (5) étant superposées au moins en partie dans la direction d’empilement (Z) desdites couches (4a, 4b, 6a), caractérisé en ce que, dans la zone de superposition desdites spires, la largeur (11 ) de la section de la première spire (5, 4a) est plus importante que la largeur (I2) de la section de la deuxième spire (5, 4b), l’une des couches conductrices (4a, 4b) étant formée sur un substrat (3), réalisé en papier, en papier synthétique, en polyéthylène téréphtalate, en polyéthylène naphtalate ou en polyimide.
2. Inducteur (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la différence de largeur entre les sections correspondantes de deux spires (5) de deux couches consécutives (4a, 4b) est comprise entre 50 et 500 miti, de préférence comprise entre 100 et 300 prn.
3. Inducteur (1 ) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque couche conductrice (4a, 4b) est réalisée à l’aide d’une encre conductrice.
4. Inducteur (1 ) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’encre conductrice est choisie parmi les encres suivantes :
une encre à base de carbone, par exemple à base de graphite ou de graphène, de nanotubes de carbone (CNT),
une encre à base d’un matériau polymère conducteur, par exemple de polyaniline, de poly(3,4-ethylènedioxythiophène), plus communément appelé PEDOT, de polythiophènes ou de polypyrrole, une encre à base de métal, par exemple des microparticules ou nanoparticules de métal, par exemple à base d’argent, de cuivre, de nickel, de platine, d’étain ou d’or, en particulier une encre à base d’argent sous forme de microparticules.
5. Inducteur (1 ) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que l’encre conductrice est déposée par un procédé d’impression de type sérigraphie, flexographie, héliogravure, offset ou jet d’encre.
6. Inducteur (1 ) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche isolante (6a) est réalisée à l’aide d’une encre diélectrique UV.
7. Transpondeur de radio-identification (2) caractérisé en ce qu’il comporte un inducteur (1 ) selon l’une des revendications 1 à 6 formant une antenne (1 ), et une puce ou circuit imprimé (9) relié à l’antenne (1 ).
8. Procédé de fabrication d’un inducteur (1 ) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à :
former au moins une première couche conductrice (4a) comportant au moins une première spire (5) en matériau conducteur,
former une couche en matériau isolant (6a) sur une partie au moins de la première couche conductrice (4a),
former au moins une deuxième couche conductrice (4b) comportant au moins une deuxième spire (5) en matériau conducteur, sur la couche de matériau isolant (6a) et/ou sur la première couche (4a), les première et deuxièmes spires (5) étant superposées au moins en partie dans la direction d’empilement (Z) desdites couches, les spires (5) étant dimensionnées et positionnées de telle sorte que, dans la zone de superposition desdites spires (5), la largeur de la section (11 ) de la première spire (5, 4a) est plus importante que la largeur (I2) de la section de la deuxième spire (5, 4b), et de telle sorte que les spires (5) soient reliées par au moins un pont conducteur (7).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les étapes de formation des couches conductrices (4a, 4b) sont réalisées par impression à l’aide d’une encre conductrice.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en qu’il comporte au moins une étape de recuit de l’une au moins des couches conductrices
(4a, 4b).
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