FR2821691A1 - Procede de realisation d'une carte a ci a double interface et carte realisee suivant un tel procede - Google Patents

Procede de realisation d'une carte a ci a double interface et carte realisee suivant un tel procede Download PDF

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Chi Keung Lee
Kwok Lam Kwan
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Pioneer Oriental Engineering Ltd
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Abstract

Il est présenté un procédé de réalisation de carte incorporant un circuit intégré (115) (CI) et un bobinage d'antenne, lequel procédé incluant les étapes de (a) incorporation d'un bobinage d'antenne sur une feuille centrale (102); (b) stratification de la feuille centrale (102) avec un certain nombre de feuilles externes (104, 106) pour réaliser un panneau stratifié; (c) réalisation d'un premier renfoncement (112) dans le panneau stratifié pour exposer une partie du bobinage d'antenne; (d) extraction des deux extrémités du bobinage d'antenne à partir de la feuille centrale (102); et (e) fixation du circuit intégré (115) avec le bobinage d'antenne, par exemple par soudure ou liaison par thermocompression.

Description

et des fournisseurs.
Cette invention a rapport à un procédé de réalisation d'une carte incorpora nt au moins u n circuit intégré, généralement con n ue com me " carte à Cl " ou " Carte Intelligente ". En particulier cette invention a rapport à un procédé de réalisation d'une carte à Cl incorporant également un bobinage
s d'antenne, et une carte à Cl réalisée suivant ce procédé.
Les cartes ont longtemps été utilisées comme un moyen de transport de données. Les cartes ordinaires peuvent transporter les données visuellement, par exemple en ayant les informations ou similaires imprimées ou écrites sur une ou sur les deux faces de la carte. Les cartes peuvent aussi être utilisées o sous la forme de cartes magnétiques comme moyen de transport de données magnétiques. Dans les cartes magnétiques, une bande magnétique est pressée sur un emplacement particulier de la carte. La bande magnétique transporte les données qui peuvent être lues par un lecteur de données magnétiques. Les cartes magnétiques peuvent être utilisées comme tickets de train, cartes bancaires, etc.. De telles cartes magnétiques souffrent, néanmoins, de l'inconvénient que de la quantité de données qui peuvent être transportées ou mémorisoes par la bande magnétique est faible. De plus, les cartes magnétiques ne peuvent être réécrites qu'un relativement petit nombre de fois, et sont facilement endommagées. Les cartes magnétiques sont o également enclines à être affectées par les champs magnétiques dans l'environnement, et peuvent même perdre les données mémorisoes à l'intérieur. Co m me amélioration par rapport a ux cartes transporteuses de d on nées conventionnelles ci-dessus, les " cartes intelligentes " ou " cartes à Cl " ont s été prévues. Les cartes incorporant un circuit intégré (Cl) pour mémoriser les données sont de ce type. Avec la technologie existante, un Cl peut mémoriser
plus de 30 k octets de données, et peut être réécrit ou lu plus de 100 000 fois.
Comme le Cl peut contenir à la fois les données et le programme, les cartes intelligentes peuvent être utilisées à distance en rapport avec un terminal :o informatique. Les cartes à Cl sont utilisées comme cartes téléphoniques ou comme cartes de crédit. De telles cartes incluent aussi parfois une bande
magnétique, fournissant ainsi deux interfaces.
Les cartes à Cl peuvent être généralement classoes comme cartes à contacts ou cartes sans contacts. Pour les cartes à contacts, au minimum une ss surface importante du Cl incluant une interface de lecture/écriture est exposée à l'environnement extérieur. En utilisation, I'interface de lecture/écriture de la carte à Cl est en contact physique direct avec une tête de lecture/écriture d'un terminal informatique ou d'un processeur, par laquelle les données peuvent être écrites à l'intérieur eVou lues à partir du Cl dans la carte. D'un autre côté, une carte sans contacts est prévue avec des bobinages de fil de cuivre, qui est fixé à ou situé à proximité du Cl en ses deux extrémités, et qui est complètement incorporé à l'intérieur de la carte à Cl. Le bobinage de fil de cuivre agit comme une antenne pour la transmission et/ou la réception des signaux radiofréquence. Le Cl peut étre alors couplé à un système externe, par exemple un système d'ordinateur, par transmission radiofréquence (RF). Dans o ce cas, le Cl n'a besoin d'être en contact direct avec aucune tête de
lecture/écriture du système informatique externe.
Le Cl de la carte peut être facilement endommagé si une carte à Cl est utilisée fréquemment, disons une ou deux fois par jour ou plus. Dans certaines circonstances, I'utilisation de cartes à contacts demandera également plus de s temps. Par exemple, pour régler un péage d'autoroute, I'utilisation de cartes à contacts impliquera que chaque voiture passant au péage devra s'arrêter pour que le paiement soit traité. De même les cartes sans contacts sont d'un usage approprié dans des transactions qui sont relativement fréquentes mais qui ne
mettent en jeu qu'un montant d'argent relativement réduit.
o Les cartes à Cl sans contacts peuvent étre en outre classéss comme cartes à Cl sans contacts haute fréquence et cartes à Cl sans contacts basse fréquence. La fréquence opératoire d'une carte à Cl sans contacts haute fréquence (également appelée carte haute fréquence) est de 13,56 MHz, alors que celle d'une carte à Cl sans contacts basse fréquence (également appelée s carte basse fréquence) est de 125 KHz. Une carte haute fréquence est prévue avec un bobinage de 4 à 5 spires de fil de cuivre, et la distance d'utilisation est inférieure à peu près à 10 cm. La probabilité est faible qu'une carte haute fréquence influe accidentellement sur, ou soit influée par l'utilisation d'autres cartes haute fréquence à proximité, et l'utilisation d'une telle carte est ainsi très so fiable. Une carte basse fréquence, est prévue quant à elle avec un bobinage de 250 à 300 spires de fil de cuivre. Bien que la fabrication des cartes basses fréquence soit plutôt compliquée et peu facilement sujette à automatisation,
son principal avantage et que sa distance d'utilisation peut aller jusqu'à 3 m.
Les cartes hautes fréquence sont en général adoptées pour un usage s personnel, par exemple pour voyager dans des trains ou des autobus. Les cartes basses fréquence peuvent quant à elles être utilisoes pour régler les péuges d'autoroute, puisque les signaux radiofréquence peuvent être transmis à travers une longue distance qu'il est relativement facile de différencier les
différentes voitures.
Il y a principalement trois moyens pour les cartes hautes fréquence de prévoir le bobinage dans la carte, à savoir par impression, par gravure, et par incorporation. Dans le procédé par impression, I'encre électriquement conductrice est imprimée sur une feuille centrale pour réaliser un bobinage de plusieurs spires. Un tel procédé est rapide et ne nécessite qu'un équipement relativement peu onéreux. Néanmoins, un tel procédé souffre du défaut que le o " fil " peu facilement se casser. De plus, la résistance électrique n'est pas uniforme du fait que la conductivité électrique dépend du mélange entre l'encre et des poudres de métal conductrices de l'électricité. Le circuit ainsi imprimé est également très fin, et ne peut passer avec succès le test de torsion demandé par les Standards Internationaux qui s'y rapportent. Par ailleurs, s dans le procédé par impression, les spires de fil adjacentes ne peuvent pas être trop proches les unes des autres, et ceci réduit significativement l'efficacité de la transmission radiofréquence. Du fait des différents problèmes ci-dessus,
ce procédé est maintenant rarement utilisé.
Pour ce qui est du procédé par gravure, il est similaire à celui utilisé dans o la production de circuits imprimés. Néanmoins, comme les spires de fil adjacentes ne peuvent pas être trop proches les unes des autres, I'efficacité de la transmission radiofréquence est compromise. De plus, il se présente un problème de pollution de l'environnement pendant la production. Une carte ainsi produite ne peut pas non plus passer avec succès le test de torsion. Ce
s procédé est donc également rarement utilisé.
Pour ce qui est du procédé par incorporation, il est d'une grande souplesse d'utilisation et deux spires de fil adjacentes peuvent virtuellement être en contact l'une par rapport à l'autre, et l'efficacité de la transmission radiofréquence est grandement améliorée. Un tel procédé est susceptible o d'être automatisé, avec aucun effet défavorable sur l'environnement. Une carte produite suivant un tel procédé peut également passer avec succès le test de torsion. Récemment, en plus des cartes à contacts et des cartes sans contacts, un type de carte qui combine les fonctions des cartes à contacts et des cartes s sans contacts a été proposé. Une telle carte est appelée une Carte Combi ou carte à Cl à double interface. De façon pratique, le terme " carte Combi >' sera dorénavant utilisé dans ce texte. Bien qu'une carte Combi incorpore un circuit intégré (Cl), comme dans le cas d'une carte à contacts, une surface importante du Cl est exposée pour permettre à une tête de lecture/écriture d'un système externe d'établir un contact physique avec le Cl pour lire les donnses depuis ou écrire les données dans le Cl. D'un autre côté, comme dans le cas des cartes sans contacts, le Cl d'une carte Combi est également connocté électriquement à un bobinage d'antenne incorporé à l'intérieur de la carte, de façon que le Cl puisse être couplé à un système externe au moyen d'une transmission radiofréquence, de façon que, à nouveau, les données o puissent être lues à partir du ou écrites dans le Cl. Ceci permet l'utilisation de
la carte Combi dans des circonstances plus variées.
Dans une méthode de production de cartes Combi existante, le Cl est rendu solidaire du bobinage d'antenne par un adhésif conducteur. Un défaut de cette méthode est que la connexion physique entre le bobinage d'antenne s et le Cl n'est pas suffisamment solide, et ne peut donc pas être conforme aux
exigences de ISO-7816-1 et ISO10536-1.
Un objet de la présente invention est ainsi de prévoir un procédé de réalisation d'une carte à Cl dans lequel les défauts présentés ci-dessus sont
diminués, ou de prévoir au moins une alternative utile au public.
Selon le premier aspect de la présente invention, il est prévu un procédé de réalisation de carte incorporant au moins un circuit intagré et un bobinage d'anten ne, lad it procédé comprenant les étapes de (a) incorporation d'un bobinage d'antenne sur une feuille centrale, (b) stratification de ladite feuille centrale avec au moins deux feuilles externes pour réaliser un panneau stratifié; (c) réalisation d'au moins un premier renfoncement dans ledit panneau stratifié pour exposer une partie dudit bobinage d'antenne; (d) extraction à partir de ladite feuille centrale d'au moins une extrémité dudit bobinage d'antenne; et (e) fixation dudit circuit intégré avec ledit bobinage d'antenne. so Selon un deuxième aspect de la présente invention, il est prévu une carte incorporant au moins un circuit intégré et un bobinage d'antenne, dans lequel au minimum une surface importante dudit circuit intégré est exposée à l'environnement extérieur, dans lequel ledit bobinage d'antenne est complètement incorporé à l'intérieur de ladite carte, dans lequel ledit bobinage as d'anten ne est connecté électriquement avec led it circuit intégré, et dans lequel ledit bobinage d'antenne et ledit circuit intégré sont fixés l'un à l'autre par de la
soudure ou par une liaison par thermocompression.
Un mode de réalisation de la présente invention va étre maintenant décrit, seulement au moyen d'exemples, et en faisant référence aux schémas joints, dans lesquels: La figure 1 représente la configuration d'un bobinage d'antenne sur une feuille centrale d'une carte Combi de l'art antérieur; La figure 1A est une vue agrandie de la partie cerclée dans la figure 1; La figure 2 représente la configuration du bobinage d'antenne sur une o feuille centrale, selon la présente invention; La figure 3 est une vue de dessus de la configuration représentée dans la figure 2; La figure 3A est une vue agrandie de la partie cerclée dans la figure 3; La figure 4 représente la feuille centrale devant être empilée est alignée avec différentes feuilles de support en vue de la stratification suivant la présente invention; La figure 5 représente un panneau stratifié après la stratification de la feuille centrale et des feuilles externes représentéss dans la figure 4; La figure 6 représente une carte pressse à partir du panneau stratifié o représenté dans la figure 5; La figure 7 représente la carte après la réalisation d'un premier renfoncement et d'un second renfoncement selon la présente invention; La figure 8 représente les deux extrémités du bobinage d'antenne extraites de l'intérieur de la carte, et la réalisation d'un troisième renfoncement, selon la présente invention; La figure 9 représente le circuit intégré fixé aux deux extrémités du bobinage d'antenne représentées dans la figure 8; et La figure 10 représente l'implantation du circuit intégré sur la carte pour
réaliser une carte Combi selon la présente invention.
o Les figures 1 et 1A représentent une feuille centrale 10 incorporant plusieurs spires de fil de cuivre 12 réalisant un bobinage d'antenne dans un procédé conventionnel. Dans le procédé d'art antérieur, un circuit intégré est fixé au bobinage antenne par un adhésif conducteur, et la carte résultante ne
peut pas en général passer avec succès les tests ISO s'appliquant.
Selon la présente invention, un fil de cuivre 100 est incorporé sur une feuille centrale 102, comme représenté dans les figures 2 et 3A. La feuille centrale 102 est habituellement faite de matériau thermoplastique (par exemple du plexiglas, du chlorure de polyvinyle, du polypropylène et du butadiène-styrène acrylonitrile), ou un matériau résistant la chaleur (par exemple de la fibre de verre époxy) revêtu d'une mince couche (par exemple s d'à peu près la moitié du diamètre du fil 100) d'adhésif thermodurci partiellement vuicanisé. Le fil 100 est fourni sur la feuille centrale 102 par une machine de câblage. La machine de câblage inclut un générateur ultrasonique qui actionne une bobine d'entranement. La bobine d'entranement actionne à son tour un transducteur ultrasonique, avec une aiguille prévue à son o extrémité. L'aiguille présente une gorge adaptée à la forme du fil 100. Deux suspensions à ressort à lames sont prévues dans la machine pour supporter le
transducteur uitrasonique.
Dans cet agencement, I'aiguille peut être animée d'un mouvement vibratoire de haut en bas à une fréquence ultrasonique. Une telle vibration crée de la chaleur qui fait fondre le matériau de la feuille centrale 102 sous le fil 100. La force vers le bas appliquée à l'aiguille va pousser le fil 100 dans la feuille centrale 102. Le matériau thermoplastique ramolli va rapidement durcir quand l'aiguille remonte, immobilisant ainsi le fil 100 à sa place dans la feuille principale 102. À la fin du trajet, le fil 100 est coupé par de petits ciseaux o proches de l'embout de l'aiguille. Le fil 100 ainsi incorporé va former un bobinage d'antenne pour la réception et la transmission des signaux radio fréquence, moyen par lequel des données peuvent être écrites dans et/ou lues
à partir du Cl.
L'avantage de la fixation du fil par procédé ultrasonique est que la chaleur est générse à l'intérieur du substrat lui-même (c'est à dire la feuille centrale 102) par les contraintes mécaniques de la vibration. Ceci produit très rapidement la chaleur exactement à l'endroit nécessaire, à savoir dans un petit volume en dessous du fil 100. Puisque l'élévation de température est très localisée et a lieu uniquement dans le substrat, le matériau se solidifie à so nouveau dès que l'aiguille est partie. L'élévation de température ultrasonique est tellement rapide que le substrat sous le fil 100 fond avant qu'aucune chaleur ne se soit propagée. Le substrat adjacent, même si proche que le diamètre d'un simple fil, est complètement laissé intact. Ceci permet de continuer la fixation du fil à une vitesse linéaire de plusieurs pouces par
:;s seconde sans influencer le fil 100 déjà fixé.
Le fil 100 est généralement en cuivre plein avec un revêtement d'isolation solide et élastique, par exemple en polyimide, polyester et polyuréthane. Le polyimide est particulièrement adapté à des motifs complexes car il résiste à la cassure mécanique aux points de recouvrements. Un revêtement fin (par s exemple de 0,00127 à 0,0381 cm (0, 0005 à 0,01 pouce)) de matériau de liaison peut être ajouté au fil 100 pour permettre de fixer plus qu'une couche de fil 100. Le fil 100 peut être appliqué sur la feuille centrale 102 à un débit
de 152,4 à 457,2 cm (5 à 15 pieds) par minute, suivant l'application.
La feuille centrale 102 peut alors être positionnée entre différentes o feuilles externes 104, 106, et alignée pour la stratification, comme représenté dans la figure 4. Bien que seulement deux feuilles externes 104, 106 ne soient représentées, il faut bien comprendre que l'on peut employer plus de feuilles externes. De telles feuilles externes 104, 106 peuvent inclure des feuilles de remplissage, des feuilles de protection, des feuilles d'impression graphique, et
des feuilles externes transparentes, suivant ce à quoi la carte est destinse.
Quand les feuilles externes 104, 106 et la feuille centrale 102 sont correctement empilées et alignées les unes par rapport aux autres, elles seront comme telles soudéss par points pour s'assurer qu'elles resteront en bonne position relative durant la stratification. Pendant la stratification, la feuille o centrale 102 et les feuilles externes 104, 106 empilées et alignées seront fixées les unes aux autres sous pression et haute température dans une machine à stratification, pour réaiiser un panneau de cartes laminé, comme représenté dans la figure 5. Une carte 110 peut alors être découpée à partir du panneau de cartes 108 par découpage à l'emporte-pièce, comme représenté
s dans la figure 6, afin de continuer le processus.
Comme représenté dans la figure 7, un renfoncement supérieur 112 est réalisé dans la carte 1 10 par fraisage. Ce renfoncement 1 12 est dimensionné pour héberger une partie plus large 1 13 d'un circuit intégré 1 15 (voir la figure 9). De plus, le renfoncement supérieur 112 atteint une profondeur qui est
o juste au-dessus des extrémités du bobinage d'antenne réalisé avec le fil 100.
Un renfoncement médian 117, qui est de même profondeur que l'épaisseur du fil 100, est réalisé, par exemple par fraisage, juste en dessous du renfoncement 112. Avec la réalisation de la cavité médiane 11 7, les extrémités 114 du bobinage d'antenne peuvent être extraites à partir de ss l'intérieur de la carte 110, comme il peut être vu dans la figure 8. Un renfoncement inférieur 116 est réalisé juste en dessous du renfoncement médian 117, par exemple par fraisage. Le renfoncement inférieur 116 est plus étroit que le renfoncement supérieur 112, et est dimensionné pour héberger une partie plus étroite 1 18 du circuit intégré 115. Le renfoncement inférieur 1 16 communique avec le renfoncement supérieur 112 par l'intermédiaire du
s renfoncement médian 117.
Un matériau adhésif est alors appliqué sur le renfoncement supérieur 112. Le matériau adhésif peut être un adhésif thermofusible ou un adhésif liquide, suivant les situations spécifiques. Le matériau isolant recouvrant les extrémités 114 du bobinage d'antenne est alors enlevé par o chauffage. Les extrémités 114 du bobinage d'antenne sont alors fixéss et connectées électriquement au circuit intégré 115 par soudage ou par liaison par thermocompression, comme représenté dans la figure 9. Le circuit intogré 115 est implanté sur la carte 110 par une machine d'implantation dont une partie 120 est représentée dans la figure 10. Durant le processus d'implantation, I'adhésif thermofusible appliqué sur le renfoncement supérieur 112 est chauffé jusqu'à fusion et contribue donc la fixation du circuit
intégré 115 sur la carte 110. Le produit fini carte Combi est ainsi réalisé.
Il faut bien comprendre que ce qui est ci-dessus illustre seulement un exemple par lequel la présente invention peut être mise en oeuvre, et que o différentes modifications eVou remaniements peuvent y être apportés sans
s'éloigner de l'esprit de l'invention.
Il faut bien comprendre également que les différentes caractéristiques de l'invention qui sont décrites, pour être concis, dans le contexte d'un simple mode de réalisation, peuvent être fournies séparément ou dans toutes sous
s combinaisons adéquates.

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'une carte (110) incorporant au moins un circuit intégré (115) et un bobinage d'antenne, ledit procédé incluant ies étapes s de (a) incorporation d'un bobinage d'antenne sur une feuille centrale (102); (b) stratification de ladite feuille centrale (102) avec au moins deux feuilles externes (104, 106) pour réaliser un panneau stratifié; (c) réalisation d'au moins un premier renfoncement (112) dans ledit panneau stratifié pour exposer une partie dudit bobinage o d'antenne; (d) extraction d'au moins une extrémité dudit bobinage d'antenne à partir de ladite feuille centrale (102); et (e) fixation dudit
circuit intégré (115) avec ledit bobinage d'antenne.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, dans ladite étape (d), deux extrémités dudit bobinage d'antenne sont extraites de la dite feuille
centrale (102).
3. Procédé selon les revendications 1 et 2 dans lequel ledit bobinage
d'antenne est fixé au dit circuit intégré (115) par de la soudure ou par une
liaison par thermocompression.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes
o incluant en outre une étape (f) de positionnement d'une première partie
dudit circuit intégré (115) à l'intérieur dudit premier renfoncement (112) .
5. Procédé selon la revendication 4 incluant en outre une étape (g) de réalisation d'un second renfoncement (116) dans ledit panneau stratifié
pour recevoir une seconde partie dudit circuit intégré (115).
6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel ledit premier renfoncement(112) et ledit second renfoncement (116) communiquent
entre eux.
7. Procédé selon les revendications 5 et 6 dans lequel ledit second
renfoncement (116) est plus étroit que ledit premier renfoncement (112).
o
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes
incluant une étape (h) d'application d'un matériau adhésif sur au moins
une partie dudit premier renfoncement (112).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes
incluant en outre une étape (i) de suppression d'un revêtement isolant de
ladite (desdites) extrémité(s) dudit bobinage d'antenne.
10. Carte incorporant au moins un circuit intégré (115) et un bobinage d'antenne, dans laquelle au moins une surface importante dudit circuit intégré (115) est exposée à l'environnement extérieur, dans laquelle ledit bobinage d'antenne est complètement incorporé à l'intérieur de ladite carte, dans laquelle led it bobinage d'antenne est con necté électriq uement au dit circuit intégré (115), et dans laquelle ledit bobinage d'antenne et ledit circuit intégré (115) sont fixés l'un à l'autre par de la soudure ou une
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