FR2936437A1

FR2936437A1 - Machine et procede d'usinage d'une cavite dans une carte a microcircuit

Info

Publication number: FR2936437A1
Application number: FR0805309A
Authority: FR
Inventors: Denis Guerard; Mourad Laknin
Original assignee: Oberthur Technologies SA
Current assignee: Idemia France SAS
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2010-04-02
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: FR2936437B1

Abstract

Une machine d'usinage pour réaliser les cavités des cartes à microcircuit comprend un boîtier moteur avec un mandrin 22, et une tête de fraisage 23 courte de l'ordre du centimètre sortant du mandrin, pour usiner une forme de cavité d'une profondeur inférieure ou égale à quelques centaines de microns. Elle comprend un carter d'aspiration 10 avec une ou des ouvertures 11, 12 ménagées dans une partie basse 13 du carter, faisant face à la surface à usiner CC, et à hauteur de l'extrémité 22a du mandrin par laquelle sort la tête de fraisage, pour aspirer les copeaux générés par l'usinage. Un carter souple et compressible 50 est monté sur la partie basse 13 du carter d'aspiration, de hauteur hc supérieure à la longueur l de la tête de fraisage, et dont le diamètre interne délimite un espace libre autour de la tête de fraisage et des ouvertures du carter d'aspiration, empêchant la dispersion des copeaux et favorisant leur aspiration verticale, par rebondissement sur ses parois internes.

Description

MACHINE ET PROCEDE D'USINAGE D'UNE CAVITE DANS UNE CARTE A MICROCIRCUIT DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne le domaine des cartes à microcircuit, et plus particulièrement l'usinage d'une cavité dans le corps de 5 carte lors du processus de fabrication. ETAT DE L'ART De manière connue, et comme illustré sur la figure 1, la fabrication d'une carte à microcircuit comprend une étape d'usinage d'une cavité ouverte 1 sur une face d'un corps de carte 2, au moyen d'un outil de fraisage 10 3. Dans cet exemple, cette cavité 1 comporte un fond la et des rebords 1 b. Comme illustré schématiquement sur la figure 2, ces rebords servent typiquement à recevoir un module 4 comportant un circuit imprimé double face (appelé parfois vignette) portant sur une face les contacts externes 5 de la carte, et sur l'autre face, un circuit intégré 6 qui est connecté aux plages 15 de contact par toute technique connue. Une fois le module logé dans la cavité, les contacts externes 5 affleurent en surface du corps de carte 2. Les contacts externes sont typiquement conformes à la norme 7816 ou à la norme USB. S'agissant de cartes duales, ("dual interface" dans la littérature 20 technique), c'est-à-dire qui permettent aussi une interface sans contact, via une antenne, cette cavité est réalisée de manière à découvrir des plots de connexion d'une antenne réalisée dans l'épaisseur du corps de carte, et à fixer un circuit intégré sur les plots de connexion ainsi découverts. L'usinage de la cavité est habituellement réalisé au moyen d'une 25 machine de fraisage, ou de lamage. De manière connue, c'est une machine rotative dans laquelle est fixée une fraise au bout de l'arbre rotatif du moteur, typiquement au moyen d'un mandrin. Pour l'usinage de corps de carte à microcircuit, il s'agit d'une machine de précision, adaptée à réaliser des cavités de faible profondeur, avec une tête de fraisage qui ne dépasse pas le 30 centimètre. Les corps de carte au format ISO 7816 ont en effet une épaisseur de l'ordre de 0,76mm. Les corps de carte pour des connexions USB sont un peu plus épais, de l'ordre de 2,4 mm, mais les cavités à réaliser sont toujours très peu profondes, typiquement de quelques centaines de microns. Les cartes à microcircuit sont réalisées dans des matériaux plastiques, tel que le PETF (Polyethylene Teraphtalate Film) dont le fraisage génère beaucoup de petits copeaux. Du fait de la vitesse de rotation de la tête de fraisage, ces copeaux ont tendance à être éjectés violemment, sur le plan de travail. En particulier des copeaux peuvent se retrouver sous les cartes, qui ne sont alors plus correctement alignées horizontalement. Il faut arrêter l'opération de fraisage, nettoyer le plan de travail et repositionner correctement la carte ou les cartes avant de reprendre l'usinage. Les procédés de fabrication de ces cartes étant des procédés de fabrication collectifs, pour réaliser de grandes séries de cartes en continu, ces arrêts nécessaires pour le nettoyage du plan de travail ralentissent la cadence de fabrication.

Pour résoudre ce problème technique, il est connu d'adapter un carter d'aspiration sur la machine d'usinage. Une telle machine d'usinage à carter d'aspiration est schématiquement représentée sur la figure 3. La machine d'usinage comprend de manière habituelle un ensemble rotatif 20, formé d'un boitier moteur 21 avec un mandrin 22. Une tête de fraisage 23 sort du mandrin. Le carter d'aspiration 10 s'enfile sur la machine d'usinage par la tête de fraisage 23, pour venir autour de l'ensemble rotatif 20. Ce carter comprend des ouvertures 11, 12 disposées dans une partie basse 13 du carter, qui fait face à la surface à usiner CC. Cette partie basse 13 arrive sensiblement au niveau de l'extrémité distale 22a du mandrin 22 fixant la tête de fraisage 23. Ces ouvertures 11 et 12 débouchent dans le carter dans une chambre 14 dont le volume est délimité par les parois du carter 10 et du mandrin. Le carter comprend un conduit d'aspiration 15, dans l'exemple vertical, dont une extrémité débouche dans cette chambre 14 et l'autre extrémité débouche en surface supérieure 16. Ce conduit 15 est destiné à être raccordé à un tuyau d'aspiration 31 d'un aspirateur 30. Pendant le fraisage, l'aspirateur est mis en marche. Des copeaux générés lors du fraisage, sont aspirés verticalement via les ouvertures 11, 12 ménagées dans le carter, vers des bacs de récupération prévus dans l'aspirateur 30. L'aspiration verticale est rendue possible compte tenu de la faible distance séparant la surface usinée et les ouvertures 11, 12 du carter. Cependant, en pratique ce système ne permet pas d'aspirer tous les copeaux. Des copeaux continuent à être éjectés et éparpillés sur le plan de travail, ce qui nécessite toujours d'arrêter régulièrement la chaîne de fabrication pour nettoyer le plan de travail. Le rendement de fabrication en est affecté. RESUME DE L'INVENTION Un objet de l'invention est de résoudre ce problème technique de 10 récupération des copeaux générés par le fraisage. Ce but est atteint dans l'invention, par un système de récupération des copeaux plus efficace. Selon l'invention, un carter souple et compressible est monté sur le carter d'aspiration de manière à délimiter un espace encerclant les 15 ouvertures du carter d'aspiration et la tête de fraisage, sur une hauteur supérieure à la longueur de la tête de fraisage. Ce carter souple repose ainsi sur la surface de la carte à usiner, et vient s'écraser contre cette surface au fur et à mesure de l'avancement du fraisage. L'effet technique produit est à la fois d'empêcher les copeaux de 20 s'éparpiller en les contenant dans un espace délimité par les parois internes du carter souple, et de favoriser leur aspiration verticale, par rebondissements sur les parois souples de ce carter. L'invention concerne donc une machine d'usinage comportant un boîtier moteur avec un mandrin fixant une tête de fraisage courte de l'ordre 25 du centimètre, pour usiner une forme de cavité d'une profondeur inférieure ou égale à quelques centaines de micron, sur une surface sensiblement plane, ladite machine comprenant un carter d'aspiration avec une ou des ouvertures ménagées dans une partie basse du carter, qui fait face à la surface à usiner, et de laquelle sort la tête de fraisage, caractérisée en ce 30 qu'elle comprend un carter souple et compressible, monté sur ladite partie basse du carter d'aspiration, de hauteur supérieure à la longueur de la tête de fraisage, et dont les parois internes délimitent un espace libre autour de la tête de fraisage et lesdites ouvertures du carter d'aspiration.

Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit carter souple et compressible n'est pas totalement hermétique, ce qui permet avantageusement de ne pas couper l'aspiration entre deux cartes. Selon un mode de réalisation, le carter souple et compressible est avantageusement réalisé en mousse. Selon un autre mode de réalisation, le carter souple et compressible est réalisé à partir d'une brosse flexible. L'invention concerne aussi un procédé d'usinage d'une cavité d'une profondeur inférieure ou égale à quelques centaines de micron en surface d'un corps de carte, par fraisage dans un corps de carte, utilisant une machine d'usinage, comportant un boîtier moteur avec un mandrin fixant une tête de fraisage courte de l'ordre du centimètre et un carter d'aspiration avec une ou des ouvertures ménagées dans une partie basse du carter, qui fait face à la surface à usiner, et de laquelle sort la tête de fraisage, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de montage sur ladite partie basse du carter d'aspiration d'un carter souple et compressible, de hauteur supérieure à la longueur de la tête de fraisage, et dont les parois internes délimitent un espace libre autour de la tête de fraisage et lesdites ouvertures du carter d'aspiration.

L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une carte à microcircuit, utilisant un tel procédé d'usinage d'une cavité pour réaliser la cavité et y loger un module correspondant.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention sont décrits 25 dans la description suivante d'un exemple de réalisation de l'invention, et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 déjà décrite est un schéma en coupe transversale montrant une cavité à rebords d'un corps de carte à microcircuit ; - la figure 2 déjà décrite illustre le montage d'un module de carte à 30 microcircuit dans la cavité de la figure 1 ; - la figure 3 illustre de manière schématique, en coupe une machine d'usinage à carter d'aspiration selon l'état de l'art, utilisée pour usiner une cavité de carte à microcircuit telle que celle représentée à la figure 1 ; - la figure 4 est un schéma simplifié d'une machine d'usinage à carter d'aspiration, munie d'un carter souple et compressible selon l'invention -la figure 5 illustre la compression du carter souple et 5 compressible selon l'invention contre la surface usinée, pendant l'usinage de la cavité. -la figure 6 est une vue détaillée en coupe d'une machine d'usinage de l'état de l'art munie d'un carter souple et compressible selon l'invention, 10 -la figure 7 illustre un carter souple et compressible selon un premier mode de réalisation en mousse. -la figure 8 illustre un autre mode de réalisation d'un carter souple et compressible, sous forme d'une brosse flexible.

15 DESCRIPTION DETAILLEE Dans les figures, les éléments communs sont désignés par les mêmes références, par souci de clarté. La figure 4 illustre très schématiquement une machine d'usinage d'une cavité de carte à microcircuit, à carter d'aspiration 10, comprenant au 20 moins une ouverture ménagée dans la partie basse 13 du carter, qui fait face à la surface à usiner CC, et de laquelle sort la tête de fraisage 23. Dans l'exemple deux ouvertures 11 et 12 sont prévues. La machine est munie d'un carter souple et compressible 50 monté sur le carter d'aspiration 10, entourant sur toute sa longueur la tête de 25 fraisage 23 de la machine, sans la toucher. Les parois internes 51 de ce carter 50 délimitent un espace libre 52 autour de la tête de fraisage et des ouvertures 11 et 12, qui permet le confinement des copeaux, et favorise leur aspiration verticale par rebondissement sur les parois internes 51. La figure 5 illustre le fonctionnement du carter souple et 30 compressible 50 pendant l'usinage d'une carte à microcircuit. La tête de fraisage 23 a une longueur de l'ordre du centimètre ou moins, pour usiner une surface d'une carte à microcircuit CC sur une profondeur au maximum de quelques centaines de rnicrons. On entend par longueur de la tête de fraisage 23, la longueur I mesurée depuis la base 22a 35 du mandrin d'où elle sort.

La hauteur du carter 50 est supérieure à la longueur I de la tête de fraisage. Dans l'invention, on entend par hauteur du carter, sa hauteur à l'état de repos, non compressé. Ainsi, le carter souple et compressible 50 vient en contact avec la surface à usiner, avant même que la fraise 23 n'atteigne cette surface, formant l'espace délimité 52 autour de la fraise, prêt à récupérer les copeaux. Au fur et à mesure de la course de la tête de fraisage dans l'épaisseur de la carte, le carter 50 s'écrase contre la surface de la carte CC. Les copeaux 60 générés par le fraisage sont contenus dans l'espace 52 délimité par les parois internes 5'1 du carter souple et compressible 50, et rebondissent sur ces parois 51 souples, favorisant leur aspiration verticale par le carter d'aspiration 10 via les ouvertures 11 et 12. En pratique, s'agissant d'un procédé de fabrication collectif, la machine d'usinage a une position initiale bien déterminée par rapport à la surface de chaque nouvelle carte à usiner. En particulier, la position de la machine correspond à une hauteur h initiale déterminée entre la partie basse 13 du carter d'aspiration 10 avec les ouvertures 11 et 12, et la surface de la carte usinée CC. Cette hauteur h dépend typiquement de la longueur 1 de la tête de fraisage. En pratique le carter 50 a une hauteur supérieure à la longueur I de la tête de fraisage et inférieure ou égale à cette hauteur h.

La figure 6 est une vue plus détaillée montrant le montage d'un carter 50 selon l'invention sur la machine d'usinage à carter d'aspiration de la figure 3. Les éléments communs de la machine ont les mêmes références dans les dessins.

Le carter souple et flexible 50 sera avantageusement du type non totalement hermétique à l'air, permettant de ne pas avoir une dépression trop importante dans l'espace sous le carter d'aspiration. Ainsi, lorsque la machine est reculée, en fin d'usinage, pour passer à la carte suivante, la carte usinée ne restera pas collée à la machine. Ceci permet avantageusement de ne pas couper l'aspiration entre deux cartes. Une aspiration continue entre deux usinages permet avantageusement de continuer à évacuer les copeaux. Un carter 50 non hermétique à l'air peut par exemple être obtenu en prévoyant au moins une ouverture dans son épaisseur, par exemple au moyen d'un ou plusieurs trous, ou d'une forme en anneau non complètement fermé. Des exemples de réalisation d'un tel carter souple, compressible, et non totalement hermétique à l'air, sont donnés à titre d'exemples non limitatifs en relation avec les figures 7 et 8. En pratique, le carter souple et compressible peut être réalisé en utilisant des matériaux souples et compressibles du commerce. Ces matériaux seront utilisés pour réaliser une forme en anneau de diamètre et de hauteur voulue. La compression du matériau doit être obtenue selon l'axe longitudinal correspondant à l'axe de la tête de fraisage. Une feuille flexible, conformée en accordéon, en forme d'anneau, et montée de manière à avoir une adhésion correcte contre la surface à usinée peut convenir. L'anneau peut être éventuellement conique, avec une base contre la surface de diamètre plus large. De préférence, selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 7, le carter 50 de l'invention est réalisé dans une mousse. Une forme 70 est découpée dans une feuille de mousse, aux dimensions voulues, permettant une conformation en anneau au moment de son montage, typiquement par collage, contre la partie basse 13 du carter d'aspiration 10. Ce mode de réalisation a l'avantage d'être simple à réaliser et peu coûteux. La mousse est suffisamment compressible pour la fonction à réaliser, la course de la tête dans le corps de carte étant très faible, de l'ordre de quelques centaines de microns. De préférence, la mousse laisse passer l'air, permettant de ne pas avoir une dépression trop élevée dans l'espace 52 sous le carter d'aspiration. Par exemple, on sait rendre la mousse non totalement hermétique à l'air, par au moins un trou traversant 71 réalisé dans son épaisseur, ou en ne fermant pas complètement l'anneau, laissant un espace libre 72 dans l'épaisseur. Cependant, si la mousse est hermétique ou assez hermétique à l'air en sorte que la dépression est faible dans l'espace 52 sous le carter d'aspiration, on arrêtera l'aspiration au moment de passer d'une carte à l'autre.

La figure 8 illustre un autre mode de réalisation d'un carter souple, compressible et non hermétique à l'air selon l'invention, sous forme d'une brosse flexible 80. Elle comprend une tête haute conformée en anneau 81, par exemple en plastique, dans laquelle sont insérés des poils flexibles 82 en rangs serrés. Elle comprend de préférence une autre tête basse 83, dans laquelle l'autre extrémité des poils est enserrée, permettant lors de la compression de ne pas laisser les poils s'écraser vers la zone de fraisage. Une telle brosse flexible est simple et peu coûteuse à fabriquer. La tête haute est collée contre la paroi basse du carter d'aspiration. La densité de poils permet de former une paroi interne continue, souple, qui va contenir les copeaux dans l'espace 52 sous le carter d'aspiration (figure 5 ou 6) et sur laquelle les copeaux vont rebondir, favorisant leur aspiration. Les poils s'écrasent contre la surface, et laissent passer suffisamment d'air pour ne pas avoir une trop grande dépression dans l'espace 52. En pratique, lors de la fabrication de cartes à microcircuits, typiquement des cartes conformes aux formats ISO 7816, ou USB, ou encore des cartes duales, on vient placer le carter souple et compressible de l'invention contre le carter d'aspiration de la machine d'usinage utilisée. Le carter d'aspiration 10 peut être muni comme déjà décrit d'un conduit d'aspiration vertical 15, au dessus de la chambre 14, qui a pour avantage de maintenir un flux d'aspiration ascendant des copeaux. La forme de la chambre 14 peut en outre être conçue de manière à favoriser la remontée des copeaux vers l'extrémité du conduit. comme illustré sur la figure 6. Mais avec le carter souple et compressible de l'invention qui favorise l'aspiration verticale dans la chambre, on pourrait aussi prévoir une ouverture latérale de la chambre 14, avec un embout pour la fixation à un aspirateur. L'invention qui vient d'être décrite permet d'améliorer le rendement de fabrication des cartes à microcircuit, par un dispositif simple et 25 peu coûteux à réaliser.

Claims

REVENDICATIONS1. Machine d'usinage comportant un boîtier moteur (21) avec un mandrin (22) fixant une tête de fraisage (23) courte de l'ordre du centimètre, pour usiner une forme de cavité (1) d'une profondeur (h(-;) inférieure ou égale à quelques centaines de microns, sur une surface sensiblement plane, ladite machine comprenant un carter d'aspiration (10) avec: une ou des ouvertures (11, 12) ménagée dans une partie basse (13) du carter faisant face à la surface à usiner (C), et de laquelle sort la tête de fraisage, caractérisé en ce qu'elle comprend un carter souple et compressible (50) monté sur ladite partie basse du carter d'aspiration, de hauteur (hc) supérieure à la longueur (I) de la tête de fraisage, et dont les parois internes (51) délimitent un espace libre (52) autour de la tête de fraisage et lesdites ouvertures du carter d'aspiration.
2. Machine d'usinage selon la revendication 1, dans laquelle le carter d'aspiration comprend un conduit d'aspiration verticale (15) dont une extrémité basse débouche dans un espace interne du carter formant une chambre (14) au dessus desdites ouvertures (11, 12), et l'extrémité haute est raccordée à un aspirateur (30).
3. Machine d'usinage selon la revendication 1 ou 2, clans laquelle ledit carter souple compressible n'est pas totalement hermétique à l'air.
4. Machine d'usinage selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle ledit carter souple compressible est en mousse (70).
5. Machine d'usinage selon la revendication 4 en combinaison avec la revendication 3, dans laquelle ladite mousse (70) est munie d'au moins un trou (71) traversant dans son épaisseur, pour laisser passer l'air.
6. Machine d'usinage selon la revendication 4, en combinaison avec la revendication 3, dans laquelle ledit carter souple compressible en mousse a 30 une forme d'anneau (70) non complètement fermé.
7. Machine d'usinage selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle ledit carter souple compressible est à base d'une brosse flexible (80).
8. Procédé d'usinage d'une cavité d'une profondeur inférieure ou égale à quelques centaines de microns en surface d'un corps de carte, par fraisage, utilisant une machine d'usinage comportant un boîtier moteur avec un mandrin (22) fixant une tête de fraisage (23) courte de l'ordre du centimètre, et un carter d'aspiration (10) avec une ou des ouvertures (11, 12) ménagées dans une partie basse (13) dudit carter, faisant face à la surface à usiner (CC), et de laquelle sort la tête de fraisage, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préalable de montage sur ladite partie basse (13) du carter d'aspiration (10), d'un carter souple et compressible (50), de hauteur (hc) supérieure à la longueur (I) de la tête de fraisage, et dont les parois internes délimitent un espace libre (52) autour de la tête de fraisage et desdites ouvertures du carter d'aspiration.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel ledit carter souple compressible utilisé est non hermétique à l'air, permettant de maintenir 15 l'aspiration d'une carte à usiner à l'autre.
10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel ledit carter souple et compressible utilisé est en mousse (70).
11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ledit carter souple et compressible utilisé est en mousse (70) laissant passer l'air par au moins un 20 trou (71) ou un espace (72) formé dans son épaisseur.
12. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ladite étape préalable de montage comprend le montage d'une forme en mousse (70) conformée en anneau non complètement fermé, contre ladite partie basse (13) du carter d'aspiration (10). 25
13. Procédé selon l'une des revendications 8 à 9, dans lequel ledit carter souple compressible utilisé est formé à base d'une brosse flexible.
14. Procédé de fabrication d'une carte à microcircuit, utilisant un procédé d'usinage d'une cavité selon l'une quelconque des revendications 8 à 13 pour réaliser la cavité et y loger un module correspondant. 30