WO1997016801A1 - Carte comprenant une unite electronique et procede de fabrication d'une telle carte - Google Patents

Carte comprenant une unite electronique et procede de fabrication d'une telle carte Download PDF

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electrical contact
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Alain Juan
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Em Microelectronic-Marin S.A.
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    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched

Definitions

  • the present invention relates to a card comprising an electronic unit electrically connected to a winding formed of at least one turn of conductive material, in other words to a coil.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such a card.
  • the integrated circuit is advantageously arranged in a protection module associated with two external electrical contact pads to ensure the electrical connection with a winding, these two pads being electrically connected to the integrated circuit by a technology known to one skilled in the art .
  • FIGS. 1 to 3 a card will be described below, produced by the Applicant on an experimental basis, having an electronic unit electrically connected to a coil according to a usual technique.
  • the electronic unit 2 comprises an electronic circuit 4 disposed on a substrate 6 provided with a metallization defining two first contact pads 8 on which are welded two wires 10 for electrical connection between the substrate 6 and the integrated circuit 4.
  • the aforementioned metallization also defines two second contact pads 12 on which the two ends of the winding 14 are respectively welded defining a coil.
  • the first electrical contact pads are respectively connected to the second electrical contact pads by means of metal tracks.
  • the resin 16 is generally brought in using a nozzle allowing a drop of resin to be deposited on the integrated circuit and on the connection wires. After hardening of the resin 16, the outer surface of this hardened resin is substantially spherical. It thus defines a kind of dome or dome on the substrate 6 which initially extends in a horizontal plane ( Figure 1).
  • a first outer layer 18 formed of a hot-melt material, in particular a plastic material is provided on the first planar outer layer 18, on the electronic unit 2 and on the coil 14.
  • a second planar outer layer 20 is provided on the first planar outer layer 18, on the electronic unit 2 and on the coil 14.
  • a heating press (not shown)
  • a pressure symbolized by the arrow 22 in FIG. 1 is exerted on the outer layers 18 and 20.
  • the heat provided by the heating press serves to at least partially melt the outer layers 18 and 20.
  • the resulting card is represented in FIG. 3.
  • the Applicant has observed that the substrate 6 is generally concave curved and located inside a depression 24 formed in the first outer layer 18.
  • the protective resin 16 is itself located at least partially in a recess 26 formed in the second outer layer 20.
  • the object of the present invention is to provide a card, comprising an electronic unit connected to a winding, which is reliable and inexpensive and to provide a process for the hot manufacture of such a card having a high industrial yield.
  • the present invention relates to a method of manufacturing a card comprising the following steps: I) providing a first flat layer of hot-melt material;
  • the module in which the integrated circuit is integrated contains all of the components of the electronic unit excluding the contact pads electric.
  • the two electrical contact pads extend essentially in the median plane of the above-mentioned module. Thanks to the above characteristics, the cards obtained are reliable and the industrial yield of the process according to the invention is very good. Indeed, the fact that the integrated circuit is housed in a module whose shape has essentially a symmetry relative to a median plane of this module very greatly reduces the mechanical stresses exerted on this integrated circuit during the application of a heating press to form the map.
  • the Applicant has observed that the housing generated inside the card for the electronic module is partially formed in the layer lower and partially in the upper layer.
  • the volumes taken up on the lower layer and on the upper layer to house the electronic unit naturally tend to to be equal. If on the contrary the electronic unit, in particular the module comprising the integrated circuit, did not exhibit symmetry relative to the median plane parallel to the lower and upper layers, mechanical stresses would be exerted on the module and therefore on the integrated circuit during the application of the heating press, which would result in significant damage to the integrated circuit.
  • the present invention also relates to a card obtained by the above-mentioned method, that is to say a card comprising an electronic unit and a winding, formed of at least one turn of conductive material, which are inserted between two layers of hot-melt material welded together hot, the electronic unit comprising an integrated circuit and two electrical contact pads electrically connected to the integrated circuit. The two ends of the winding are electrically connected to the two electrical contact pads.
  • This card is characterized in that the integrated circuit is housed in a module whose shape has essentially a symmetry relative to a median plane of this module.
  • FIG. 4 schematically shows an embodiment of the method according to the invention
  • Figure 5 is a top view at the line VV of Figure 4
  • - Figure 6 is a partial section of a card according to the invention
  • FIG. 7 is a partial section of a variant of the card shown in FIG. 6.
  • FIGS. 4 to 6 an embodiment of the method according to the invention and the resulting map will be described below.
  • the method according to the invention firstly comprises the following steps: - supplying on a working surface 28 a first outer layer 30 of hot-melt material; addition to the first outer layer 30 of an electronic unit 32 and a winding 14 formed of at least one turn of electrically conductive material.
  • the two ends of the winding 14 are welded or bonded to two electrical contact pads 34 and 36 which belong to the electronic unit 32 and which are electrically connected to the integrated circuit 4, included in the electronic unit 32, by wires connection 10 provided for this purpose.
  • the electronic unit 32 comprises a module 38 in which the integrated circuit 4 is housed.
  • This module 38 made of plastic material formed by an overmolding technique serves to protect the integrated circuit 4 and its connections 10 to the two external contact pads 34 and 36 to module 38.
  • module 38 contains all the components of the electronic unit 32, with the exception of contact pads 34 and 36.
  • the pads 34 and 36 are located near the median plane 40 of the module 38, the latter having a shape symmetrical with respect to the median plane 40. According to the mode of implementation of the method according to the invention described here, the following steps are then provided: providing a second planar outer layer 42 preferably having a thickness substantially equal to that of the first planar outer layer 30; this second layer 42 being applied to the first layer
  • the module 38 Since the module 38 has a plane symmetry relative to its median plane 40, the pressure exerted by the layers 30 and 42 on the module 38 during the application of the heating press is uniform, that is to say that 'It is relatively equal and constant on the upper face 50 and on the lower face 52 of the module 38. As a result, the module 38 essentially retains its initial shape as shown in Figures 4 and 5.
  • the integrated circuit 4 does not undergo of bending forces during the application of the heating press, which significantly reduces the risk that this integrated circuit 4 will be damaged during the formation of the card shown in FIG. 6 relative to the case shown in FIG. 3.
  • the ends of the winding 14, connected to the electrical contact pads 34 and 36, have a small surface in projection in the median plane 40.
  • the ends of the winding 14 are not, in an alternative embodiment, located near the median plane 40 of the module 38, their influence on the displacement of material during the formation of the card is almost negligible.
  • the electronic unit 32 comprises electrical contact pads leaving the module in which the integrated circuit is housed
  • these outer pads are preferably located near the median plane of this module and the ends of the winding 14 electrically connected to these external contact pads are thus also located near the median plane of the module comprising the integrated circuit as shown in FIGS. 6 and 7.
  • the variant embodiment described in FIG. 7 differs from the embodiment described in FIG. 6 in that the module 38 in which the integrated circuit 4 is housed has a spindle-shaped section. This makes it possible to avoid mechanical stresses in the peripheral region of the module 38 during the formation of the card using a heating press.

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Abstract

Carte formée de deux couches (30 et 42) en matériau thermofusible entre lesquelles est disposée une unité électronique (32) reliée électriquement à un enroulement (14). L'unité électronique (32) comprend un circuit intégré (4) logé à l'intérieur d'un module (38) qui présente une symétrie relativement à son plan médian (40). La carte est obtenue à l'aide d'une presse chauffante, notamment par un laminage à chaud.

Description

CARTE COMPRENANT UNE UNITE ELECTRONIQUE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UNE TELLE CARTE
La présente invention concerne une carte comprenant une unité électronique reliée électriquement à un enroulement formé d'au moins une spire en matériau conducteur, en d'autres termes à une bobine-. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle carte .
L'utilisation de cartes à circuit intégré comme moyens d'identification ou de transaction bancaire notamment s'est rapidement répandue. Relativement récemment, la génération de cartes sans contact extérieur et comprenant une bobine permettant un couplage électromagnétique avec un dispositif de communication extérieur se développe de manière importante. Les applications devenant toujours plus nombreuses, le besoin de circuits intégrés de dimensions toujours plus élevées se fait sentir. L'intégration d'une unité électronique, comprenant un circuit électronique de dimensions relativement grandes et relié électriquement à une bobine, à l'intérieur d'une carte présentant une épaisseur relativement faible, présente des difficultés techniques de réalisation. Dans le cas de la présente invention, il est prévu d'obtenir une carte telle que mentionnée ci- dessus à l'aide d'une presse chauffante ou d'un laminage à chaud. Un tel procédé de fabrication présente l'avantage d'être relativement peu onéreux et permet d'obtenir des surfaces extérieures de la carte de très bonne qualité.
On notera que, particulièrement dans le cas de circuits intégrés de dimensions relativement grandes, il est peu aisé et peu recommandé de souder les deux extrémités d'un enroulement formant une bobine directement sur le circuit intégré comme cela a déjà été proposé avec des circuits intégrés de dimensions relativement faibles.
Cependant, particulièrement dans le cas de réalisations avec un circuit intégré de dimensions relativement grandes, le circuit intégré est avantageusement agencé dans un module de protection associé à deux plages de contact électrique externes pour assurer la connexion électrique avec un enroulement , ces deux plages étant reliées électriquement au circuit intégré par une technologie connue de 1 ' homme du métier .
A l'aide des figures 1 à 3, on décrira-ci-après une carte, réalisée par le Demandeur à titre expérimental, ayant une unité électronique reliée électriquement à une bobine selon une technique usuelle.
L'unité électronique 2 comprend un circuit électronique 4 disposé sur un substrat 6 pourvu d'une métallisation définissant deux premières plages de contact 8 sur lesquelles sont soudés deux fils 10 de connexion électrique entre le substrat 6 et le circuit intégré 4. La métallisation susmentionnée définit également deux secondes plages de contact 12 sur lesquelles sont soudées respectivement les deux extrémités de l'enroulement 14 définissant une bobine. Les premières plages de contact électrique sont reliées respectivement aux deuxièmes plages de contact électrique au moyen de pistes métalliques .
De manière à protéger le circuit intégré 4 et les fils de connexion 10, il est prévu de manière classique de les recouvrir à l'aide d'une résine 16. Lors de la fabrication de l'unité électronique 2, la résine 16 est généralement apportée à l'aide d'une buse permettant de déposer sur le circuit intégré et sur les fils de connexion une goutte de résine. Après durcissement de la résine 16, la surface extérieure de cette résine durcie est sensiblement sphérique. Elle définit ainsi une sorte de dôme ou de coupole sur le substrat 6 qui s'étend initialement dans un plan horizontal (figure 1) .
Selon le procédé de fabrication envisagé par le Demandeur, il est prévu d'apporter une première couche extérieure 18 formée d'un matériau thermofusible, notamment d'un matériau plastique, puis d'apporter sur cette première couche extérieure le module électronique 2 relié électriquement à la bobine 14. Ensuite, une deuxième couche extérieure plane 20 est apportée sur la première couche extérieure plane 18, sur l'unité électronique 2 et sur la bobine 14. A l'aide d'une presse chauffante (non représentée) , une pression symbolisée par la flèche 22 sur la figure 1 est exercée sur les couches extérieures 18 et 20. La chaleur apportée par la presse chauffante sert à fondre au moins partiellement les couches extérieures 18 et 20. La carte résultante est représentée à la figure 3. Le Demandeur a observé que le substrat 6 est généralement incurvé concave et situé à l'intérieur d'une dépression 24 formée dans la première couche extérieure 18. La résine de protection 16 est quant à elle située au moins partiellement dans un creux 26 formé dans la deuxième couche extérieure 20.
Le procédé de fabrication de cartes qui vient d'être décrit a un rendement industriel très faible. En effet, beaucoup de cartes testées ne fonctionnent pas . Les analyses ont montré que, dans plusieurs cas, le circuit intégré 4 est endommagé.
Le but de la présente invention est de fournir une carte, comprenant une unité électronique reliée à un enroulement, qui soit fiable et peu onéreuse et de fournir un procédé de fabrication à chaud d'une telle carte ayant un haut rendement industriel.
A cet effet, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'une carte comprenant les étapes suivantes : I) apport d'une première couche plane en matériau thermofusible;
II) apport sur ladite première couche d'au moins une unité électronique, comprenant un circuit intégré et des plages de contact électrique reliées électriquement audit circuit intégré, et d'un enroulement formé d'au moins une spire en matériau conducteur, les deux extrémités de cet enroulement étant reliées respectivement à deux desdites plages de contact électrique; ledit circuit intégré étant logé dans un module dont la forme présente essentiellement une symétrie relativement à un plan médian de ce module; III) apport d'une deuxième couche plane en matériau thermofusible sur la première couche, sur l'unité électronique et sur l'enroulement; —
IV) application d'une presse chauffante sur lesdites première et deuxième couches planes de manière à ramollir suffisamment ces première et deuxième couches pour les souder l'une à l'autre et emprisonner ladite unité électronique et ladite bobine entre ces première et deuxième couches en conservant planes leurs surfaces externes respectives. Selon une caractéristique d'un premier mode de mise en oeuvre particulier du procédé de fabrication selon l'invention, le module dans lequel est intégré le circuit intégré contient l'ensemble des composants de l'unité électronique à l'exclusion des plages de contact électrique.
Selon une caractéristique avantageuse du mode de mise en oeuvre susmentionné, les deux plages de contact électrique s'étendent essentiellement dans le plan médian du module susmentionné. Grâce aux caractéristiques susmentionnées, les cartes obtenues sont fiables et le rendement industriel du procédé selon l'invention est très bon. En effet, le fait que le circuit intégré est logé dans un module dont la forme présente essentiellement une symétrie relativement à un plan médian de ce module diminue très fortement les contraintes mécaniques exercées sur ce circuit intégré lors de l'application d'une presse chauffante pour former la carte.
De 1 ' analyse des cartes obtenues selon le procédé décrit aux figures 1 à 3, le Demandeur a constaté que le logement engendré à l' intérieur de la carte pour le module électronique est formé partiellement dans la couche inférieure et partiellement dans la couche supérieure. Dans le cas général où la couche inférieure et la couche supérieure enveloppant l'unité électronique et la bobine sont formées d'un même matériau, les volumes pris sur la couche inférieure et sur la couche supérieure pour loger l'unité électronique ont naturellement tendance à être égaux. Si au contraire l'unité électronique, en particulier le module comprenant le circuit intégré, ne présentait pas une symétrie relativement au plan médian parallèle aux couches inférieure et supérieure, des contraintes mécaniques seraient exercées sur le module et par conséquent sur le circuit intégré lors de l'application de la presse chauffante, ce qui aurait pour résultat d'endommager dans une forte proportion le circuit intégré.
La présente invention a également comme objet une carte obtenue selon le procédé susmentionné, c'est-à-dire une carte comprenant une unité électronique et un enroulement, formé d'au moins une spire en matériau conducteur, qui sont insérés entre deux couches de matériau thermofusible soudées ensemble à chaud, l'unité électronique comprenant un circuit intégré et deux plages de contact électrique reliées électriquement au circuit intégré. Les deux extrémités de l'enroulement sont reliées électriquement aux deux plages de contact électrique. Cette carte est caractérisée en ce que le circuit intégré est logé dans un module dont la forme présente essentiellement une symétrie relativement à un plan médian de ce module. La présente invention sera décrite ci-après en détail en l'aide des figures annexées, données à titre d'exemple nullement limitatif, dans lesquels :
Les figures 1 à 3, déjà décrites, décrivent un mode de réalisation d'une carte et son procédé de fabrication selon une technique développée antérieurement par le Demandeur; la figure 4 montre schématiquement un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention; la figure 5 est une vue de dessus au niveau de la ligne V-V de la figure 4; - la figure 6 est une coupe partielle d'une carte selon l'invention; la figure 7 est une coupe partielle d'une variante de la carte représentée à la figure 6.
A l'aide des figures 4 à 6, on décrira ci-après un mode de mise en oeuvre du procédé selon 1 ' invention et la carte résultante.
Comme représenté schématiquement à la figure 4, le procédé selon l'invention comprend premièrement les étapes suivantes : - apport sur une surface de travail 28 d'une première couche extérieure 30 en matériau thermofusible; apport sur la première couche extérieure 30 d'une unité électronique 32 et d'un enroulement 14 formé d'au moins une spire en matériau électriquement conducteur. Les deux extrémités de l'enroulement 14 sont soudées ou collées sur deux plages de contact électrique 34 et 36 qui appartiennent à l'unité électronique 32 et qui sont reliées électriquement au circuit intégré 4, compris dans l'unité électronique 32, par des fils de connexion 10 prévus à cet effet.
L'unité électronique 32 comprend un module 38 dans lequel est logé le circuit intégré 4. Ce module 38 en matériau plastique formé par une technique de surmoulage sert à protéger le circuit intégré 4 et ses connexions 10 aux deux plages de contact 34 et 36 extérieures au module 38. De préférence, le module 38 contient tous les composants de l'unité électronique 32, à l'exclusion des plages de contact 34 et 36.
Les plages 34 et 36 sont situées à proximité du plan médian 40 du module 38, celui-ci ayant une forme symétrique par rapport au plan médian 40. Selon le mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention décrit ici, il est ensuite prévu les étapes suivantes : apport d'une deuxième couche extérieure plane 42 ayant de préférence une épaisseur sensiblement égale à celle de la première couche extérieure plane 30; cette deuxième couche 42 étant apportée sur la première couche
30, l'unité électronique 32 et la bobine 14; application d'une presse chauffante, exerçant une pression représentée schématiquement par la flèche 44, sur les première et deuxième couches planes 30 et 42 de manière à ramollir suffisamment ces première et deuxième couches pour les souder 1 'une à l'autre et emprisonner l'unité électronique 32 et la bobine 14 entre ces première et deuxième couches 30 et 42 en conservant planes leurs surfaces externes respectives 46 et 48.
Etant donné que le module 38 présente une symétrie plane relativement à son plan médian 40, la pression exercée par les couches 30 et 42 sur le module 38 lors de l'application de la presse chauffante est uniforme, c'est- à-dire qu'elle est relativement égale et constante sur la face supérieure 50 et sur la face inférieure 52 du module 38. De ce fait, le module 38 conserve essentiellement sa forme initiale telle que représentée aux figures 4 et 5. Le circuit intégré 4 ne subit pas de forces de flexion lors de l'application de la presse chauffante, ce qui diminue de manière importante le risque que ce circuit intégré 4 soit endommagé lors de la formation de la carte représentée à la figure 6 relativement au cas représenté à la figure 3.
On remarquera que les extrémités de l'enroulement 14, reliées aux plages de contact électrique 34 et 36, présentent en projection dans le plan médian 40 une surface faible. Ainsi, si les extrémités de l'enroulement 14 ne sont pas, dans une variante de réalisation, situées à proximité du plan médian 40 du module 38, leur influence sur le déplacement de matière lors de la formation de la carte est quasi négligeable.
Lorsque l'unité électronique 32 comprend des plages de contact électrique sortant du module dans lequel est logé le circuit intégré, ces plages extérieures sont de préférence situées à proximité du plan médian de ce module et les extrémités de l'enroulement 14
Figure imgf000010_0001
reliées électriquement à ces plages de contact extérieures sont situées ainsi également à proximité du plan médian du module comprenant le circuit intégré comme cela est présenté aux figures 6 et 7.
Sur la figure 7 est représentée une variante de réalisation de la carte représentée à la figure 6. Les références déjà décrites ci-avant ne seront pas à nouveau décrites en détail ici.
La variante de réalisation décrite à la figure 7 diffère du mode de réalisation décrit à la figure 6 en ce que le module 38 dans lequel est logé le circuit intégré 4 présente une section fusiforme. Ceci permet d'éviter les contraintes mécaniques dans la région périphérique du module 38 lors de la formation de la carte à l'aide d'une presse chauffante.

Claims

TtKVENDTCATIONS
1. Procédé de fabrication d'une carte comprenant les étapes suivantes :
I) apport d'une première couche plane (30) en matériau thermofusible; II) apport sur ladite première couche plane d'au moins une unité électronique (32) , comprenant un circuit intégré (4) et des plages de contact électrique (34, 36) reliées électriquement audit circuit intégré, et un enroulement (14) formé d'au moins une spire en matériau conducteur, ledit enroulement ayant des extrémités reliées respectivement à deux desdites plages de contact électrique (34, 36), le circuit intégré étant logé dans un module (38) dont la forme présente essentiellement une symétrie relativement à un plan médian (40) de ce module,- III) apport d'une deuxième couche plane (42) en matériau thermofusible sur ladite première couche plane, sur ladite unité électronique et sur ledit enroulement;
IV) application d'une presse chauffante sur lesdites première et deuxième couches planes de manière à les ramollir suffisamment pour les souder l'une à l'autre et pour emprisonner ladite unité électronique et ledit enroulement entre ces première et deuxième couches en conservant planes leurs surfaces externes respectives (46, 48) .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit module (38) contient l'ensemble des composants de ladite unité électronique (32) à l'exclusion desdites plages de contact électrique (34, 36) .
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites plages de contact électrique (34, 36) sont situées à proximité du plan médian (40) dudit module (38) .
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième couches planes (30, 42) ont sensiblement une même épaisseur.
5. Carte comprenant une unité électronique (32) et un enroulement (14), formé d'au moins une spire en matériau conducteur, qui sont insérés entre deux couches (30, 42) en matériau thermofusible soudées ensemble à chaud, ladite unité électronique comprenant un circuit intégré (4) et des plages de contact électrique (34, 36) reliées électriquement audit circuit intégré, ledit enroulement ayant deux extrémités reliées respectivement à deux desdites plages de contact électrique, la carte étant caractérisée en ce que ledit circuit intégré est logé dans un module (38) dont la forme présente essentiellement une symétrie relativement à un plan médian (40) de ce module.
6. Carte selon la revendication (5), caractérisée en ce que ledit module (38) contient l'ensemble des composants de ladite unité électronique (32) à l'exclusion desdites plages de contact électrique (34, 36).
7. Carte selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites plages de contact électrique (34, 36) sont situées à proximité du plan médian (40) dudit module (38) .
8. Carte selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une section transversale dudit module (38) est fusiforme.
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FR2985408A1 (fr) * 2011-12-30 2013-07-05 Chi-Yuan Ou Procede de fabrication de carte electronique

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