FR2882680A1 - Procede et dispositif de fabrication d'un objet mince par moulage d'une matiere thermoplastique - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un objet par moulage, lequel procédé incluant une étape d'injection d'une matière thermoplastique au travers d'un orifice d'injection dans une cavité CAV délimitant l'objet à fabriquer.Selon l'invention, l'orifice d'injection est une fente IO s'étendant dans une direction X ou Y sensiblement parallèle à un plan (X,Y) défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer.L'invention permet de remplir la cavité CAV au moyen de nappes de matière thermoplastique en fusion qui sont particulièrement bien adaptées au remplissage d'un volume mince.
Description
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un objet par
moulage, lequel procédé incluant une étape d'injection d'une matière thermoplastique au travers d'un orifice d'injection dans une cavité délimitant l'objet à fabriquer.
De tels procédés sont couramment mis en oeuvre pour fabriquer des cartes à puces dites "à contacts". Une carte à puce à contacts incorpore usuellement un circuit intégré tel un module semi-conducteur pourvu de bornes de contact destinées à être connectées à des bornes correspondantes incluses dans un terminal apte à recevoir ladite carte, une telle connexion permettant de réaliser, d'une part, une alimentation électrique du circuit intégré, et, d'autre part, un échange d'informations entre ce circuit intégré et le terminal. Dans l'état actuel de la technique, la carte à puce est le plus souvent réalisée d'un seul tenant, c'est-à-dire qu'elle inclut un corps principal obtenu d'une seule pièce par moulage, le circuit intégré y étant mécaniquement incorporé subséquemment. En tout état de cause, le corps principal qui présente une épaisseur normalisée de 0,8 millimètres (mm) est en principe réalisé d'un seul tenant au cours d'une unique étape d'injection, la matière thermoplastique injectée étant par exemple à base d'ABS (abréviation connue de l'homme du métier de l'appellation "Acrylonitrile Butadiène Styrène") et portée à au moins 250 C préalablement à son injection dans le moule au travers d'un orifice d'injection de forme sensiblement circulaire.
La demanderesse a observé que, bien que le procédé de fabrication décrit plus haut permette d'obtenir des résultats satisfaisants lorsqu'il s'agit de fabriquer une carte à puce d'un seul tenant, ce procédé s'avère inadapté à la fabrication d'une carte à puce dite "sans contact", qui a vocation à inclure, outre un circuit intégré, une antenne destinée à être placée dans un champ magnétique émis par un terminal distant en vue de générer au sein même de la carte, par effet d'induction, l'énergie électrique nécessaire au fonctionnement du circuit intégré. Cette antenne servira en outre à établir une liaison radiofréquence permettant au terminal et à la carte à puce sans contact d'échanger des informations sans qu'aucun contact physique entre le terminal et la carte ne doive être établi. Or, la demanderesse a constaté qu'une des manières les plus avantageuses de fabriquer une carte à puce sans contact consiste à rendre à la fois l'antenne et le circuit intégré solidaires d'un même film plastique appelé étiquette, ainsi que décrit dans une demande de brevet internationale WO 03/005296 Al. Après qu'une telle solidarisation préliminaire aura été réalisée, l'étiquette résultante pourra être insérée dans le moule en vue d'y être solidarisée au corps principal de la carte à puce sans contact destiné à être obtenu par injection de matière thermoplastique dans ledit moule. Cependant, ainsi que signalé plus haut, l'épaisseur totale d'une carte avec ou sans contact est limitée à 0,8mm, et une étiquette réalisée selon l'enseignement de la demande de brevet internationale précitée présente une épaisseur maximale de 0,15mm. Il est ainsi apparu que l'épaisseur du volume subsistant dans la cavité du moule après insertion de l'étiquette porteuse de l'antenne et du circuit intégré ne serait alors plus que de 0,65mm, ce qui, compte tenu de la viscosité intrinsèque à la matière thermoplastique destinée à être injectée dans la cavité, pouvait être insuffisant pour que l'ensemble du volume subsistant soit convenablement rempli par la matière thermoplastique en fusion.
L'un des buts de l'invention est de proposer un procédé de fabrication par moulage d'objets minces en matière thermoplastique qui permette d'obtenir une répartition satisfaisante de ladite matière dans un espace de remplissage présentant une épaisseur réduite par rapport aux espaces de remplissage auxquels sont adaptés les procédés de fabrication connus de l'état actuel de la technique.
En effet, un procédé conforme au paragraphe introductif est caractérisé selon l'invention en ce que l'orifice d'injection est une fente s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à un plan défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer.
L'invention permet, en utilisant une fente au lieu d'un orifice circulaire pour réaliser l'injection, de remplir la cavité de moulage au moyen de nappes de matière thermoplastique en fusion qui sont particulièrement bien adaptées au remplissage d'un volume mince présentant une surface principale avec laquelle les nappes de remplissage obtenues grâce à l'invention seront sensiblement coplanaires.
Ainsi qu'exposé plus haut, l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la fabrication de cartes à puces sans contact, application dans laquelle l'épaisseur de l'espace de remplissage est restreinte par la présence d'une étiquette porteuse d'une antenne et d'un circuit intégré. Dans un tel mode de mise en oeuvre de l'invention, le procédé décrit plus haut inclura ainsi une étape préalable d'insertion dans ladite cavité d'au moins une première étiquette supportant au moins une spire réalisée en un matériau conducteur, d'une part, et un circuit intégré, d'autre part.
La demanderesse a en outre constaté qu'il pouvait se produire un effet de rétraction au voisinage d'une surface de jonction entre l'étiquette et le corps principal de la carte lorsque la matière thermoplastique formant ce corps principal refroidit, ladite étiquette et ledit corps principal possédant des caractéristiques de déformation différentes lorsque confrontées à des variations de température. Des différences de retrait peuvent alors se produire au voisinage de la surface de jonction, lesquelles différences de retrait auront alors pour conséquence une déformation de l'ensemble de la carte qui aura tendance à se gondoler.
La demanderesse a ainsi conçu une variante du procédé décrit plus haut, dans la mise en oeuvre de laquelle les avantages offerts par l'invention revêtent une importance encore accrue. En effet, selon cette variante, une deuxième étiquette est insérée dans ladite cavité au cours de l'étape d'insertion, les première et deuxième étiquettes étant maintenues disposées de part et d'autre de l'orifice d'injection préalablement à l'exécution de l'étape d'injection.
A l'issue de l'étape d'injection réalisée dans cette variante de l'invention, les première et deuxième étiquettes constitueront deux faces opposées de la carte à puce et seront séparées par la matière thermoplastique injectée entre lesdites étiquettes, la deuxième étiquette n'ayant pas besoin d'être elle aussi porteuse d'une antenne et d'un circuit intégré pour que sa présence ne produise des effets bénéfiques. En effet, les travaux de la demanderesse ont fait apparaître que, grâce à cette variante de l'invention, les phénomènes de retrait observés au voisinage d'une surface de jonction entre une étiquette et le corps principal de la carte sont compensés par des phénomènes de retrait antisymétriques observés au voisinage de l'autre surface de jonction entre l'autre étiquette et ledit corps principal. Cette variante de l'invention permet donc de réaliser une combinaison de phénomènes de retrait antagonistes, dont une résultante ne produit pas d'effet de gondolement, mais au contraire plutôt une rigidification accrue et bienvenue de la carte ainsi réalisée. Cependant, un tel résultat est obtenu en réduisant d'une autre épaisseur d'étiquette l'épaisseur de l'espace de remplissage, épaisseur qui passe ainsi de 0,8mm selon la technique usuelle de fabrication de cartes à puce à contact à environ 0, 5mm. II apparaît ainsi que seule la technique d'injection au travers d'une fente conforme à la présente invention permet de remplir convenablement l'espace séparant les première et deuxième étiquettes en vue d'obtenir les avantages décrits ci-dessus.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'invention, un procédé conforme à la description qui précède inclura en outre une étape d'éjection au cours de laquelle une pièce mobile formant un fond de la cavité est mise en mouvement dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer.
L'étape d'éjection sera par exemple exécutée en soumettant la pièce mobile à une poussée produite par un vérin, et aura notamment pour effet de sectionner par cisaillement toute carotte qui se serait solidifiée à l'intérieur d'un tunnel d'injection lors d'une étape de refroidissement consécutive à l'étape d'injection. L'exécution d'une telle étape d'éjection de la carte provoquera ainsi automatiquement une séparation entre la carte et ladite carotte, sans qu'il soit nécessaire d'accomplir une action de découpe spécifique à cette fin.
Selon l'un de ses aspects matériels, l'invention concerne en outre, en tant que moyen essentiel à sa mise en oeuvre, un moule pour la fabrication d'un objet en une matière thermoplastique, lequel moule incluant un orifice d'injection constitué par une fente s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à un plan défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer.
Selon un mode de réalisation préféré de cet aspect matériel de l'invention, le moule décrit ci-dessus inclura en outre une pièce mobile formant un fond de la cavité et destinée à être mise en mouvement, dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer, en vue de provoquer une éjection dudit objet.
Selon un autre de ses aspects matériels, l'invention concerne également, en tant que produit directement obtenu par la mise en oeuvre du procédé décrit plus haut, une carte à puce réalisée par moulage d'un corps principal en matière thermoplastique obtenu par injection dans un moule au travers d'un orifice d'injection constitué par une fente s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à un plan défini par au moins une surface de ladite carte à puce.
Selon un mode de réalisation particulier de cet autre aspect matériel de l'invention, une carte à puce conforme à la description qui précède inclura avantageusement une première étiquette solidaire dudit corps principal en matière thermoplastique et supportant au moins une spire réalisée en un matériau conducteur, d'une part, et un circuit intégré, d'autre part, étiquette qui sera devenue solidaire dudit corps principal après solidification dudit corps principal.
Selon un mode de réalisation préféré de cet autre aspect matériel de l'invention, une carte à puce conforme à la description qui précède inclura en outre une deuxième étiquette solidaire dudit corps principal, les première et deuxième étiquettes étant disposées de part et d'autre dudit corps principal.
Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec la Fig.l ci-jointe, qui représente schématiquement un procédé et un dispositif de fabrication selon une variante préférée de l'invention.
La Fig.l représente partiellement un moule MLD incluant une cavité CAV destinée à recevoir de la matière thermoplastique en fusion injectée au cours d'une étape d'injection au travers d'un tunnel d'injection IT, en vue de former un objet mince, en l'occurrence une carte à puce sans contact. Cette carte à puce sans contact inclura dans le mode de mise en oeuvre de l'invention décrit ici une première étiquette TG1 qui aura été insérée dans la cavité CAV avant exécution de l'étape d'injection. Cette première étiquette TG1 aura préalablement été réalisée sous forme d'un film plastique présentant une épaisseur et environ égale à 0,15mm et supportant, d'une part, une pluralité de spires formant une antenne ANT et réalisées en un matériau conducteur tel le cuivre ou l'aluminium, et d'autre part, un circuit intégré SC réalisé sous la forme d'un module semi-conducteur réalisé par exemple sur un substrat en silicium.
Conformément à l'invention, le moule MLD inclut un orifice d'injection IO qui est constitué par une fente s'étendant, dans le mode de réalisation décrit ici, dans une direction latérale Y sensiblement parallèle à un plan (X,Y) défini par une surface principale de la carte à fabriquer. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, la fente qui constitue l'orifice d'injection IO pourra être disposée sur une paroi longitudinale de ladite cavité CAV, c'est-à-dire une paroi s'étendant dans une direction longitudinale X coplanaire mais perpendiculaire à la direction latérale Y. Le moule MLD sera, bien sûr, recouvert par un couvercle non- représenté sur la présente Figure de manière à sceller de manière étanche la cavité CAV.
Comme le montre la présente Figure, l'épaisseur E du volume subsistant dans la cavité du moule après insertion de l'étiquette TG1 porteuse de l'antenne ANT et du circuit intégré SC ne sera plus que de 0, 65mm au maximum si l'on considère que la cavité CAV présente une profondeur égale à 0,8mm égale à l'épaisseur normalisée d'une carte à puce standard. L'utilisation conforme à l'invention d'une fente pour réaliser l'injection permet de remplir la cavité CAV au moyen de nappes HF sensiblement coplanaires avec la surface principale de la carte à fabriquer en lieu et place de jets qui sont produits dans une unique direction principale X ou Y par les orifices circulaires utilisés dans l'état actuel de la technique. Ces nappes HF permettent d'obtenir un remplissage optimal de l'espace restreint laissé libre par l'étiquette TG1.
Cet avantage est rendu d'autant plus crucial que, dans le mode de mise en oeuvre de l'invention décrit ici, le procédé de fabrication prévoit d'insérer, préalablement à l'exécution de l'étape d'injection, une deuxième étiquette TG2 réalisée en un film plastique semblable à celui utilisé pour former la première étiquette TG1 mais dépourvue de circuits électriques, les première et deuxième étiquettes étant maintenues disposées de part et d'autre de l'orifice d'injection IO au cours de l'étape d'injection.
A l'issue de l'étape d'injection réalisée dans cette variante de l'invention, les première et deuxième étiquettes TG1 et TG2 constitueront deux faces opposées de la carte à puce et seront séparées l'une de l'autre, dans une direction verticale Z perpendiculaire au plan (X,Y) défini par la surface principale de la carte, par la matière thermoplastique injectée entre lesdites étiquettes TGI et TG2. Ainsi qu'exposé plus haut, cette variante de l'invention permet de rigidifier la carte incorporant ces deux étiquettes TG1 et TG2 par rapport à une carte n'en incorporant qu'une seule. Cependant, un tel résultat est obtenu en amputant l'épaisseur E de l'espace de remplissage laissé vacant par la seule première étiquette TG1 d'une autre épaisseur e2 d'étiquette qui est ici sensiblement égale à l'épaisseur e1=0,15mm de la première étiquette TG1, de sorte que l'épaisseur de remplissage passe alors de 0, 8mm selon la technique usuelle de fabrication de cartes à puce à contact à environ 0,5mm. Il apparaît ainsi que seule la technique d'injection au travers d'une fente conforme à la présente invention permet de remplir convenablement l'espace séparant les première et deuxième étiquettes en vue d'obtenir les avantages décrits ci-dessus.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention décrit ici, le moule MLD inclut une pièce mobile BTM formant un fond de la cavité CAV et destinée à être mise en mouvement, dans une direction Z sensiblement perpendiculaire aux plans (X,Y) dans lesquels s'inscrivent les première et deuxième étiquettes TGI et TG2 incluses dans la carte à fabriquer, en vue de provoquer une éjection de ladite carte. Dans l'exemple décrit ici, cette pièce mobile BTM sera par exemple soumise à cet effet à une poussée produite depuis le bas vers le haut par un vérin non-représenté sur la Figure, ce qui aura pour effet de sectionner par cisaillement toute carotte qui se serait solidifiée à l'intérieur du tunnel d'injection IT lors d'une étape de refroidissement consécutive à l'étape d'injection. L'exécution d'une telle étape d'éjection de la carte provoquera ainsi automatiquement une séparation entre la carte et ladite carotte, sans qu'il soit nécessaire d'accomplir une action de découpe spécifique à cette fin.
Claims (9)
1) Procédé de fabrication d'un objet par moulage, lequel procédé incluant une étape d'injection d'une matière thermoplastique au travers d'un orifice d'injection dans une cavité délimitant l'objet à fabriquer, procédé caractérisé en ce que l'orifice d'injection est une fente s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à un plan défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer.
2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il inclut une étape préalable d'insertion dans ladite cavité d'au moins une première étiquette supportant au moins une spire réalisée en un matériau conducteur, d'une part, et un circuit intégré, d'autre part.
3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une deuxième étiquette est insérée dans ladite cavité au cours de l'étape d'insertion, les première et deuxième étiquettes étant maintenues disposées de part et d'autre de l'orifice d'injection préalablement à l'exécution de l'étape d'injection.
4) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il inclut en outre une étape d'éjection au cours de laquelle une pièce mobile formant un fond de la cavité est mise en mouvement dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer.
5) Moule pour la fabrication d'un objet en une matière thermoplastique, lequel moule incluant un orifice d'injection constitué par une fente s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à un plan défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer.
6) Moule selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il inclut en outre une pièce mobile formant un fond de la cavité et destinée à être mise en mouvement, dans une direction sensiblement perpendiculaire au plan défini par au moins une surface de l'objet à fabriquer, en vue de provoquer une éjection dudit objet.
7) Carte à puce réalisée par moulage d'un corps principal en matière thermoplastique obtenu par injection dans un moule au travers d'un orifice d'injection constitué par une fente s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à un plan défini par au moins une surface de ladite carte à puce.
8) Carte à puce selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle inclut une première étiquette solidaire dudit corps principal en matière thermoplastique et supportant au moins une spire réalisée en un matériau conducteur, d'une part, et un circuit intégré, d'autre part, étiquette qui sera devenue solidaire dudit corps principal après solidification dudit corps principal..
9) Carte à puce selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle inclut en outre une deuxième étiquette solidaire dudit corps principal, les première et deuxième étiquettes étant disposées de part et d'autre dudit corps principal.
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