FR3018132A1 - Module electronique simplifie pour carte a puce interface de communication - Google Patents

Module electronique simplifie pour carte a puce interface de communication Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un module électronique (1) pour carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, ledit module comportant d'une part un substrat (3) sur lequel sont réalisés d'une part des plots de contacts électriques (5) permettant un fonctionnement par contact avec les contacts correspondants d'un lecteur de carte à puce, et d'autre part des plots de contact (9) pour la connexion à des plots correspondants d'une antenne située sur le corps de la carte à puce et permettant son fonctionnement sans contact avec un lecteur de carte à puce distant, caractérisé en ce que ledit substrat comporte une seule couche conductrice, notamment métallique, située sur la face inférieure du module électronique, et en ce que la face supérieure (11) du module électronique destinée à affleurer avec une face externe de la carte à puce, présente une couche (14) électriquement isolante, pourvue de lumières (15) laissant apparaître tout ou partie desdits plots de contacts électriques (5).

Description

Module électronique simplifié pour carte à puce à double interface de communication L'invention concerne un module électronique pour carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, et une carte à puce intégrant un tel module. Etat de la technique Il existe déjà dans l'état de la technique, des cartes à puce à io fonctionnement mixte avec contact et sans contact. La plupart présente un module microélectronique pourvu de contacts, ledit module ayant une interface de communication radiofréquence connectée aux bornes d'une antenne qui est elle-même réalisée soit dans le corps de carte, soit sur le module électronique lui-même. 15 Ainsi, la plupart des cartes à double interface de communication conformes à l'état de la technique sont constituées : - d'un module électronique comportant une puce microélectronique, un bornier de connexion à contacts destiné à être mis en contact avec les bornes correspondantes d'un lecteur de carte à puce à contact, et deux contacts 20 électriques situés en face arrière du module électronique et permettant la connexion à l'antenne du corps de carte ; - d'une carte en matière plastique au format ISO 7816-1, comportant une antenne, notamment au format dit ID1 ; - d'un matériau électriquement conducteur permettant la connexion entre le 25 module électronique et l'antenne. Pour pallier à certains problèmes de fabrication, on a pensé dans un autre type connu de carte à puce à fonctionnement dual, à intégrer l'antenne directement sur le module microélectronique, et à ensuite simplement reporter le module dans un corps de carte à puce, ce qui est aisé à réaliser avec un faible coût et une 30 grande fiabilité avec la plupart des machines d'encartage classiques utilisées pour la fabrication des cartes à puce à contact. 2 3018132 Cependant, un problème résiduel est apparu, même avec les modules les plus évolués connus dans l'état de la technique, dans la mesure où les contacts électriques du bornier sont situés sur une face du substrat, et les spires de l'antenne sont situées sur la face opposée du substrat, ce qui impose la réalisation 5 de vias métallisés entre les deux faces du substrat pour parvenir à connecter les bornes de la puce aux contacts électriques du bornier du module, et aux bornes de l'antenne situées sur la face opposée. Ces vias permettent également la réalisation d'un pont de connexion électrique, ou « strap » en terminologie anglo-saxonne, constitué de deux vias io reliés entre eux par une connexion électrique qui enjambe les spires de l'antenne et relie le plot de connexion d'antenne le plus excentré, ou plot distal, à un plot de connexion proximal de l'antenne, situé à proximité de la borne de l'interface de communication sans contact de la puce. Cette disposition permet d'une part de connecter les fils de connexion à la puce de façon standard en terme de hauteur de 15 boucle et de longueur de fils, et d'autre part d'offrir une zone de collage périphérique sur le module qui soit suffisante pour son report ultérieur sur le corps de carte. Mais cette structure utilisant des vias pose également une série de problèmes de réalisation du module électronique. 20 En effet, le fait d'utiliser un substrat doté de vias est une structure couteuse, car pour réaliser les vias il faut d'abord percer des trous dans le substrat, puis nettoyer les perçages, activer les flancs des trous au carbone ou au palladium pour les rendre conducteurs afin de permettre leur métallisation dans une étape ultérieure, puis terminer le via avec une métallisation, et ainsi raccorder 25 électriquement les deux faces du substrat. On sait que la métallisation des vias va induire une augmentation de l'épaisseur du cuivre pouvant atteindre 20 microns de chaque côté du substrat, ce qui est souvent critique pour les produits minces que sont les modules pour cartes à puce. 30 En outre, les étapes de fabrication des vias introduisent des étapes supplémentaires de revue de qualité, et des diminutions du rendement global de fabrication, ce qui conduit à un coût unitaire accru par rapport à un produit qui serait dépourvu de vias. Par ailleurs, le métal en bordure des vias ou puits d'interconnexion pose un autre problème, puisqu'il y a un risque de court circuit électrique entre le fil de 5 câblage connecté dans un puits et allant vers un contact ISO, et le métal en bordure du puits, qui est électriquement connecté à l'antenne. Un contact ISO peut alors malencontreusement être connecté à l'antenne. Ce défaut est d'autant plus probable que les fils de connexion entre puce et contacts ISO sont longs, notamment supérieurs à 2 mm de longueur, et d'autant plus grave qu'il n'est pas io forcément détecté lors des tests réalisés par le fabricant du module électronique, alors que les performances de la carte sur le terrain en mode sans contact sont fortement détériorées. On connaît par ailleurs de par le document DE 196 32 115 Cl un module électronique pour carte à puce, pourvu quant à lui d'un substrat comportant une 15 seule face métallisée, et dans lequel l'antenne est située sur le module lui-même. L'antenne est alors réalisée par de fines spires gravées sur la face supérieure du module, qui comporte également les contacts ISO du module qui sont accessibles par un lecteur de carte à puce à contacts. Les fines spires gravées sont exposées au contact des doigts ou plus généralement avec l'environnement d'utilisation de la 20 carte à puce, ce qui a tendance à détériorer rapidement les spires et à rendre impossible le fonctionnement de la carte à puce en mode sans contact. En outre, comme l'antenne est située intégralement sur le module électronique, sa surface est faible, ce qui limite les performances et la portée de communication de la carte à puce en mode sans contact. De plus, les bornes de l'antenne sont situées dans la 25 zone d'encapsulation, ce qui rend le module électronique décrit dans ce document incompatible avec l'usage d'une antenne au format ID1 située sur la périphérie du corps de carte à puce, qui elle présente une portée de communication plus importante. Enfin, dans le module électronique selon ce document, les contacts ISO et les spires de l'antenne du module sont situés sur la face supérieure du module 30 qui est visible, et la surface ainsi occupée fait que ce module ne peut pas faire l'objet d'une personnalisation graphique sur sa face supérieure visible. 4 3018132 Buts de l'invention Un but général de l'invention est par conséquent de proposer un module électronique pour carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, qui soit dépourvu des inconvénients précités. Un autre but de l'invention est de proposer un module électronique pour carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, qui soit d'une fabrication plus simple et d'un coût moindre que les modules connus, sans nuire au niveau de fiabilité élevé. io Un but particulier de l'invention est de proposer un module électronique pour carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, ne nécessitant pas d'interconnexions ou de vias entre les faces du substrat, et apte à résoudre les problèmes de risque de court-circuit entre les contacts ISO de la carte à puce et son antenne. 15 Résumé de l'invention A cet effet, le principe de l'invention prévoit que les plots de connexion de l'antenne de la carte à puce, et les contacts ISO du module selon la norme ISO 20 7816-2, sont situés sur une même et unique face du module, à savoir la face arrière ou inférieure du substrat du module, la face avant visible après montage du module dans un corps de carte à puce étant constituée par une face essentiellement électriquement isolante et susceptible de recevoir tout marquage informatif ou personnalisation graphique. 25 L'invention a par conséquent pour objet un module électronique pour carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, ledit module comportant d'une part un substrat sur lequel sont réalisés d'une part des plots de contacts électriques permettant un fonctionnement par contact avec les contacts correspondants d'un lecteur de carte à puce, et d'autre part des plots de contact 30 pour la connexion à des plots correspondants d'une antenne située sur le corps de la carte à puce et permettant son fonctionnement sans contact avec un lecteur de carte à puce distant, caractérisé en ce que ledit substrat comporte une seule couche conductrice, notamment métallique, située sur la face inférieure du module électronique, et en ce que la face supérieure du module électronique destinée à affleurer avec une face externe de la carte à puce, présente une couche électriquement isolante, pourvue de lumières laissant apparaître tout ou partie desdits plots de contacts électriques.
De préférence, la couche électriquement isolante est choisie pour permettre aisément la réalisation d'une personnalisation graphique, par impression ou équivalent. Ce mode de réalisation avantageux permet notamment de cumuler le faible coût d'utilisation d'un substrat ayant une seule face métallisée ou conductrice, et la possibilité de marquer, d'imprimer ou de personnaliser graphiquement la surface du module située entre les ouvertures ou lumières correspondant aux bornes de contact ISO. De préférence, s'agissant d'un module électronique pour carte à puce à fonctionnement dual à contact et sans contact, la puce électronique du module est située dans une zone d'encapsulation protégeant la puce, et les plots de contact pour la connexion à une antenne du corps de carte sont situés à l'extérieur de ladite zone d'encapsulation. De cette manière, l'insertion du module selon l'invention dans la cavité d'un corps de carte à puce permet d'obtenir en outre une carte à puce dont le fonctionnement en mode sans contact est performant, du fait de la présence d'une antenne de grande taille, supérieure à la taille du module électronique, et notamment au format ID1. L'invention a également pour objet une carte à puce à double interface de 25 communication à contact et sans contact, comportant un module électronique tel que décrit ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés dans lesquels : 30 - les figures 1A et 1B illustrent respectivement une vue en plan en vue de dessus et en vue de dessous d'un module électronique pour carte à puce, conforme à l'état de la technique; 6 3018132 - la figure 1C illustre une vue en coupe du module électronique de la figure 1B selon un plan de coupe CC; - les figures 2A et 2B illustrent respectivement une vue en plan en vue de dessus et en vue de dessous d'un module électronique conforme à 5 l'invention ; - les figures 2C et 2D illustrent des vues en coupe du module des figures 2A, 2B selon plusieurs plans de coupe. Description détaillée io Comme indiqué plus haut, les figures 1A et 1B illustrent un module électronique 1 connu, incluant une puce 2 collée à l'aide d'une couche de colle 4 (figure 1C) sur un substrat 3. La puce 2 est connectée d'une part à un bornier de contacts électriques 5 situés sur la face supérieure 11 du module, qui est opposée à la face inférieure 10 qui porte la puce, ces contacts 5 étant destinés à assurer le 15 fonctionnement en mode contact avec un lecteur à contact (non représenté). Les connexions électriques entre les contacts ISO 5 et les plots de sortie correspondants de la puce 2 se font par des vias conducteurs 6 bien connus, encore appelés puits d'interconnexion, ou puits de « bonding » en terminologie anglo-saxonne, et qui permettent de relier électriquement, à l'aide de fils de connexion 7, 20 les plots de sortie 8 de la puce et les contacts ISO 5 situés sur la face opposée du module. La puce 2 est connectée d'autre part à une antenne localisée dans un corps de carte ou directement sur le module 1, par l'intermédiaire de plots métalliques 9 situés sur la face inférieure 10 du module, la connexion à l'antenne permettant d'assurer une communication radiofréquence avec un lecteur de carte à puce sans contact, non représenté. Le module 1 comporte, sur sa face inférieure 10, une surface périphérique 12 destinée au collage du module dans la cavité du corps de carte à puce prévue à cet effet, et les plots d'antenne 9 sont typiquement situés sur cette surface périphérique 12, à l'extérieur d'une zone d'encapsulation 13 formée par une résine qui protège la puce et ses connexions 7 vers les contacts ISO 5. 7 3018132 Les contacts électriques 5 du bornier sont situés sur une face du substrat du module, correspondant à la face supérieure 11 du module, et la puce est située sur la face opposée du substrat, correspondant à la face inférieure 10 du module. On voit donc que dans cette structure connue de module pour carte à puce, 5 le substrat 3 du module est de type dit « double face », c'est à dire qu'il comporte deux faces métallisées, à savoir une première face métallisée (la face supérieure 11 dans l'exemple représenté) qui porte les contacts ISO 5, et une seconde face partiellement métallisée (la face inférieure 10 dans l'exemple représenté) qui porte des plots de soudure métalliques 9 pour la connexion à l'antenne, et des vias 6 pour io les connexions entre la puce et les contacts ISO. Les vias 6 de connexion vers les contacts 5 sont situés à l'intérieur de la zone d'encapsulation délimitée par la résine 13 protégeant la puce. Il s'agit typiquement une goutte de résine polymérisable, alors que les plots 9 de connexion vers l'antenne sont situés à l'intérieur ou à l'extérieur de la zone d'encapsulation, selon que l'antenne est réalisée directement 15 sur le module électronique, ou sur le corps de la carte à puce. En tout état de cause, le mode de réalisation représenté correspondant à l'état de la technique, nécessite que le substrat du module soit métallisé sur ses deux faces. On définit comme face dite supérieure du module, celle qui reste apparente 20 lorsque le module est assemblé dans un corps de carte à puce. Par conséquent, dans l'exemple représenté correspondant à l'état de la technique, les contacts ISO 5 sont sur la surface supérieure 11 du module, et la puce 2 est collée sur la face inférieure 10 du module. Cette double métallisation est problématique dans certains cas d'utilisation, 25 car elle double sensiblement le coût unitaire d'un module électronique pour carte à puce, par rapport à un module présentant une seule face métallisée. En particulier, comme on le voit sur la figure 1C, la zone 18 qui entoure le via 6 est métallique et ne laisse qu'un faible espace 19 par rapport au fil de connexion 7 également métallique, ce qui engendre les risques de court-circuit mentionnés plus haut. 30 La présente invention a donc cherché à concevoir un module électronique dit simple face, présentant une seule face conductrice, notamment métallisée, afin de réduire les coûts d'approvisionnement du substrat du module, tout en évitant les problèmes de faible performance de communication et de faible résistance à l'usure évoqués en relation avec le module décrit dans le document DE 196 32 115 Cl précité.
La solution obtenue est celle schématisée en figure 2. Un même élément fonctionnel est désigné par la même référence numérique dans chacune des figures 1 et 2. L'épaisseur du module en vue en coupe est exagérée pour plus de clarté. Dans le module électronique 21 selon l'invention, le substrat 3 comporte bien io une seule couche métallisée. Mais à la différence du document précité, elle est située du côté de la face inférieure 10 du module, la face supérieure 11 du module étant constituée par une couche isolante 14 en matière plastique ou en matériau diélectrique. Cette couche électriquement isolante est pourvue d'une série d'ouvertures ou de lumières 15, qui laissent apparaître au moins partiellement les 15 contacts ISO 5 réalisés sur la face inférieure du module. De cette manière, les contacts ISO 5 restent accessibles aux contacts correspondants d'un lecteur de carte à puce à contact. Ainsi, la face supérieure 11 du module électronique étant pour l'essentiel constituée d'un matériau plastique, elle est facile à personnaliser graphiquement, 20 par impression d'informations ou de logos relatifs à l'application de la carte à puce, ou à son émetteur (banque, etc..). Afin d'assurer la communication de la carte à puce par voie radiofréquence, une antenne est nécessaire. Mais selon l'invention, celle-ci n'est pas réalisée sur le module lui-même comme enseigné dans le document DE 196 32 115 Cl. Une 25 antenne de plus grande taille, typiquement au format ID1, est utilisée. Afin de pouvoir la connecter au module électronique 21, celui-ci comporte sur son unique côté métallisé 10, deux plots d'antenne 9 réalisés à l'extérieur de la zone d'encapsulation 13 de la puce. Des plots homologues (non représentés) sont alors prévus de façon connue dans la cavité du corps de carte susceptible de recevoir le 30 module électronique, et l'insertion du module dans le corps de carte provoque la connexion électrique entre les plots d'antenne du corps de carte et les plots d'antenne du module.
Avantages de l'invention En définitive, l'invention propose une conception de module électronique, en particulier pour carte à puce à puce à double mode de communication à contact et sans contact, ayant une conception particulièrement innovante mais simple, faisant appel à un substrat très économique puisque pourvu d'un seul côté conducteur métallisé, tout en maximisant les performances de communication radiofréquence grâce à l'usage d'une antenne de grand format (format ID1), et tout en laissant libre en face supérieure du module, une zone en matière plastique de relativement grande taille qui se prête aisément à des personnalisations graphiques. En ce sens, l'invention permet de répondre à plusieurs contraintes qui vont au-delà de celles typiquement imposées à un module pour carte à puce. L'invention permet donc la fabrication d'un module électronique susceptible d'optimiser le meilleur compromis entre le coût et la simplicité de fabrication, la performance du fonctionnement en mode radiofréquence, et l'usage de la surface visible du module comme support de communication. Par ailleurs, la conception d'un module électronique ayant une seule face conductrice permet de résoudre les problèmes de court-circuit entre antenne et 20 contacts ISO, existants pour certains modules conformes à l'état antérieur de la technique. En outre, toutes les combinaisons d'assemblage connues dans l'état de la technique (« flipchip », « wire déposition », moulage transfert, ...) restent possibles avec cette conception de module. 25 10

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS1 - Module électronique (1) pour carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, ledit module comportant d'une part un substrat (3) sur lequel sont réalisés d'une part des plots de contacts électriques (5) permettant un fonctionnement par contact avec les contacts correspondants d'un lecteur de carte à puce, et d'autre part des plots de contact (9) pour la connexion à des plots correspondants d'une antenne située sur le corps de la carte à puce et permettant son fonctionnement sans contact avec un lecteur de carte à puce distant, caractérisé en ce que ledit substrat comporte une seule couche conductrice, io notamment métallique, située sur la face inférieure du module électronique, et en ce que la face supérieure (11) du module électronique destinée à affleurer avec une face externe de la carte à puce, présente une couche (14) électriquement isolante, pourvue de lumières (15) laissant apparaître tout ou partie desdits plots de contacts électriques (5). 15
  2. 2 - Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche (14) électriquement isolante est apte à recevoir une personnalisation graphique, par impression ou équivalent. 20
  3. 3 - Module électronique (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la puce électronique (2) du module est située dans une zone d'encapsulation (13) protégeant la puce, et en ce que lesdits plots de contact (9) pour la connexion à une antenne sont situés à l'extérieur de ladite zone d'encapsulation. 25
  4. 4 - Carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, caractérisée en ce qu'elle comporte un module électronique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.
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