CARTE HYBRIDE A ENSEMBLE DE CONTACT OHMIQUE ET PUITS DELOCALISES.
L'invention concerne les cartes à puce aptes à fonctionner par contact et sans contact, dites cartes mixtes, hybrides ou « combicards ». Ce type de carte est muni d'une antenne et de plages de contact affleurant la surface principale du corps de carte. Avec ces cartes, les échanges d'information entre la puce et l'extérieur se font soit via l'antenne par couplage électromagnétique sans contact, soit via les plages d'un bornier par transmission ohmique avec contact.
De telles cartes sont destinées à des opérations par exemple bancaires, téléphoniques, d'identification, de débit ou rechargement d'unités de compte.
Les cartes à puce hybrides ou non, doivent avoir des dimensions normalisées définies par la norme ISO 7810 qui correspond à un format de la surface principale de 85 mm de long, par 54 mm de large avec une épaisseur du corps de 0,76 mm. La norme ISO 7816 impose également un emplacement des plages de bornier sur la surface principale du corps de carte.
L'épaisseur imposée de la carte est une contrainte plus sévère pour les cartes hybrides, car il faut prévoir l'incorporation de l'antenne dans le corps de carte.
Des problèmes se posent pour le positionnement de l'antenne dans le corps de carte, car ses dimensions sont proches de celles de la surface principale.
Dés micromodules électroniques comprenant une puce et des plages de bornier sont souvent employés dans les cartes hybrides. Mais ceci pose en pratique des problèmes de précision du positionnement de ce micromodule et de fiabilité de sa connexion à l'antenne.
Des contraintes de tenue mécanique, de fiabilité et de coût de fabrication pèsent également sur les cartes hybrides. L'antenne est souvent constituée d'un élément conducteur déposé en couche mince - typiquement de l'ordre de quelques dizaines de μm - sur
une feuille dite substrat, en matière plastique telle que polyvinyle chlorure (PVC) ou poly carbonate (PC).
Souvent, les dimensions du substrat parallèlement à la surface principale du corps de carte sont de l'ordre de 700 mm de longueur par 35 mm de largeur.
Aux extrémités de l'antenne sont prévues des bornes de connexion. Lorsque le substrat avec l'antenne est intégré au corps de carte, ces bornes de connexion doivent être mises à jour afin de pouvoir les raccorder électriquement aux plots de la puce intégrée au micromodule électronique. Notons ici que l'élément conducteur formant l'antenne dit "fil d'antenne" est en général soit au moins un fil incrusté ou laminé sur la feuille du substrat, soit au moins une piste conductrice imprimée sur le substrat.
Le document EP-A-0908844 décrit une carte combinant des plages de contact et une antenne. Le microcircuit est disposé en flip chip, dans une cavité où des bornes de connexion de l'antenne sont accessibles. Les plages de contact sont extérieures et disposées sur une plaquette, en étant connectées directement au microcircuit. On évite la réalisation d'un module, et les plages de contact externes sont réalisées par estampage à chaud. Une résine est disposée sur le microcircuit.
Le document FR-A-2753819 décrit une carte à circuit intégré à connexion mixte. Elle comporte un corps de carte dans lequel est noyé un circuit de liaison. Ce dernier est relié à des plages conductrices par un organe à travers le corps, à l'aplomb de ces plages. Le document EP-A-0818752 décrit un insert pour carte à puce avec des plages de contact traversées par des orifices de liaison électrique à la puce, et des pistes d'antenne.
Le document DE-A-19610044 décrit une puce sur un module qui est inséré dans une cavité. Lors de l'usinage de la cavité, un plot est exposé pour la connexion au module et à une antenne.
Citons aussi dans le domaine des inserts à antenne le document EP- A-0671705 et dans celui des corps moulés le document EP-A-0692770.
Quant au document WO-A-9918541, il propose une fabrication de cartes hybrides proche de l'invention, et illustrée sur les figures 1A et 1B.
Dans un premier temps une antenne 20 est réalisée sur une feuille support 1 ou substrat. Quand l'antenne comporte plusieurs spires, elles sont placées à l'extérieur de bornes de connexion 120. Un pont isolant relie chacune des extrémités de l'antenne respectivement à une borne de l'antenne 20.
Dans un deuxième temps, la feuille 1 supportant l'antenne 20 est assemblée avec d'autres feuilles plastiques 2, 3, 4, 5 pour former le corps de carte 100.
Ensuite, ce corps de carte 100 est usiné pour d'une part former une cavité 100 réservée à un micromodule électronique 30 double face. D'autre part sont usinés des puits de connexion 121 pour mettre à jour les bornes de connexion 120.
Le micromodule 30 comporte un support avec des plages de contact 130 et une puce 10. Alors la puce 10 et ses connections (généralement des fils de soudure en or) sont protégés dans une goutte de résine.
Un module double face a des plages de contact 130 qui s'étendent sur la face du module en regard des bornes 120.
Ensuite, les puits 121 sont remplis par une substance électriquement conductrice de liaison entre les bornes 120 de l'antenne 20 et des plages de contact 130.
Pour les cartes hybrides, cette solution est coûteuse du fait des micromodules double face qui sont onéreux. Le positionnement des plages 130 en regard des puits 121 doit être précis sur une aire réduite ce qui est difficile à réaliser à haute cadence.
En outre, l'usinage de la cavité 110 à la profondeur requise impose de traverser le substrat 1 de l'antenne (voir figure 1B), ce qui risque d'endommager, voire de détruire, l'antenne 20.
Enfin, une bonne adhérence entre le micromoduie et la substance conductrice des puits est difficile à obtenir. Et la connexion entre le module et l'antenne n'est pas toujours résistante aux flexions du corps notamment.
Ceci implique qu'un grand nombre de cartes est mis au rebut. Tandis qu'il faut pouvoir réduire au maximum leur coût de fabrication.
Un but de l'invention vise à supprimer des étapes de fabrication les plus coûteuses, et à simplifier les autres.
Et de résoudre les problèmes de positionnement ainsi que de contraintes mécaniques. A cet effet, l'invention a pour objets un procédé de fabrication de carte hybride et une carte hybride, selon les revendications qui suivent.
L'invention évite l'utilisation d'un micromodule électronique simple ou double et dont la flexion peut provoquer une rupture de la connexion.
En outre, l'invention propose de connecter la puce directement dans le corps de carte, sur l'antenne. Et ainsi de ne pas avoir à usiner de cavité dans le substrat d'antenne au risque d'endommager les pistes.
La puce peut ainsi être délocalisée en élévation notamment dans le corps de carte, là où les contraintes sont les plus faibles. Par exemple à mi- épaisseur et à proximité d'un coin dé la surface principale. En outre, les bornes de connexion ne risquent plus d'être abîmées par l'usinage des puits de connexion, ces derniers débouchant sur des pistes de liaison délocalisées.
Tandis que les connexions sont agencées sur une aire plus étendue parallèlement à la surface principale, ce qui limite les risques de défaut et permet d'accélérer les cadences de fabrication.
D'autres particularités de l'invention ressortent de la description donnée à titre d'exemple, et se référant aux dessins annexées.
- Dans ces dessins, les figures 1A à 1B sont des vues en coupe d'élévation d'une carte hybride en cours de fabrication classique, la figure 1A montrant des feuilles en cours de laminage, et la figure 1B montrant l'introduction d'un micromodule électronique double dans une cavité du corps traversant le substrat d'antenne pour que la puce du module sous résine y saille ;
- la figure 2 est une vue schématique en plan de dessus, d'une partie de carte hybride à ensemble de contact ohmique et puits délocalisés, selon l'invention.
- la figure 3 est une vue schématique en coupe d'élévation d'une carte selon l'invention, avec une découpe de logement de la puce ainsi
qu'une cavité distincte et séparée par une feuille intermédiaire pour l'introduction de l'ensemble de contact ohmique.
Dans le procédé selon l'invention des étapes de fabrication être celles qui ont été décrites à propos des figures 1A et 1B. Les structures similaires ou identiques portent alors les mêmes références numériques.
Ainsi, le corps 100 d'une carte désignée en 6, est réalisé par collage, par exemple par laminage à chaud, de feuilles de matière plastique 1 à 5 superposées dans lesquelles on a inséré ou intercalé le fil conducteur d'antenne 20. Notons ici que la surface principale de la carte 6, c'est-à-dire celle où débouchent à fleur les plages de contact 130 du bornier, est désignée sur les figures en 33. Sur la figure 2, cette surface est confondue avec le plan du dessin.
Cette antenne 20 est réalisée, sur la feuille plastique 1 de l'assemblage, par laminage d'un fil conducteur, ou par incrustation, ou encore par impression d'encre conductrice, telle qu'offset, tampographie ou sérigraphie. La feuille 1 dite centrale, fait ainsi office de substrat pour l'antenne 20.
Dans des réalisations non illustrées, l'antenne 20 forme plusieurs circonvolutions ou tours.
Ici, l'antenne 20 fait sensiblement un seul tour, en suivant à l'intérieur du corps 100 la périphérie extérieure de la carte. Ses extrémités sont reliées à deux bornes de connexion 120 légèrement espacées l'une de l'autre dans le plan de la surface principale. D'ailleurs, une piste de l'antenne 20 passe entre les bornes 120, et donc dans cet espacement.
L'espacement entre ces bornes 120 est choisi en fonction de l'espacement des plots de contact 11 de la puce 10 qui doivent être reliés à l'antenne 20. Notons que la puce 10 est disposée avec sa face active 13 au dessus des bornes 120 ainsi que des tronçons de piste d'antenne entre ces bornes 120.
En effet, la puce 10 est reportée directement sur l'antenne 20, par la méthode dite « flip chip » qui consiste à retourner la puce 10, avec ses face active 13 et plots 11 vers le bas (c'est-à-dire en regard du substrat 1 et de l'antenne 20) sur les bornes 120 à connecter.
En outre, des pistes de liaison .150, par exemple en cuivre, sont réalisées, par exemple par laminage, sur la feuille de substrat 1 du corps
100 qui comporte l'antenne 20. Ces pistes 150 sont disposées en regard ou en. vis-à-vis des plots 11 de la puce, pour les accueillir lors du report de la puce 10 sur le substrat 1.
Ces pistes 150 permettent de délocaliser l'emplacement de la puce 10 dans le corps 100.
D'une part, la puce 10 ne doit plus ainsi forcément être à un niveau inférieur à celui du substrat 1, en saillant à travers une cavité dans ce substrat 1.
D'autre part, les plots 11 ne doivent plus se trouver à l'aplomb sous ou au droit des plages 130 de contact. Les points de contact des pistes 150 éloignent ainsi en largeur et en longueur les plages de contact 130 des plots 11 de la puce 10 auxquels elles doivent être électriquement reliées. En effet sur la figure 3 les plages 130 sont à distance vers l'extérieur de la surface principale 33, par rapport aux plots 11 et bornes 120.
Dans une réalisation, les plots 11 sont recouverts d'une métallisation inoxydable en Nickel par exemple. Sur la figure 3, ils (11) sont munis de bossages 12 en alliage étain - plomb par exemple. Ces bossages 12 rapprochent en élévation le contact physique des plots 11 de la puce 10 par rapport à l'antenne 20 et aux pistes 150, en rendant leur connexion plus aisée.
On voit bien sur la figure 3 que la puce 10 n'est pas intégrée à un micromodule comme c'est le cas dans l'art antérieur. Ici, cette puce 10 est incorporée au corps 100 de la carte 6 distinctement des plages de contact
130.. En fait, la puce 10 est reportée sur la feuille formant le substrat 1, sur laquelle l'antenne 20 ainsi que les pistes 150 sont disposées.
Selon une réalisation, la connexion de la puce 10 en « flip chip » est réalisée en reportant d'abord un adhésif anisotropique sur l'antenne 20 et sur les extrémités des pistes 150.
Puis la puce 10 est collée sur cet adhésif anisotropique, qui est alors activé selon les cas par exposition aux ultraviolet ou à une lumière bleue, ou par thermo compression.
Après formation du corps de carte 100, par exemple par laminage des feuilles 1-5 enfermant l'antenne 20, les pistes 150 et la puce 10, une cavité 110 est réalisée pour loger un ensemble de contact ohmique désigné en 300. Cet ensemble 300 n'est pas un micromodule 30 puisqu'il ne comporte pas la puce 10. Par contre, il (300) possède les plages 130 et est destiné à permettre le fonctionnement de la carte 6 par contact galvanique.
L'emplacement de la cavité 110 est imposé par la norme ISO 7816, mais les connexions aux pistes 150 peuvent être localisées à divers emplacements de l'ensemble de contact ohmique 300.
Sur la figure 3, la cavité 110 est distincte de la découpe ou logement ill dans la feuille 2 où est disposée la puce 10. Ici la puce 10 est logée avec sa face arrière 14 - opposée en élévation à sa face active 13 - sensiblement dans le même plan que la surface supérieure 114 de la feuille 2, qui est contre la feuille 3.
Sur la figure 3 également, la cavité 110 est borgne, au sens ou son fond 112 qui est plat, est à distance en élévation de la surface inférieure 113 de la feuille 3 qui est contre la surface 114 de la feuille 2 entourant par son logement 111 ia puce 10. Dans une mise en œuvre, la cavité 110 est réalisée lors de l'assemblage des feuilles (1-5) du corps 100 par laminage, la feuille 3 comportant alors une concavité qui, une fois l'assemblage réalisé, forme la cavité 110.
Dans une autre mise en œuvre, la cavité 110 est réalisée par usinage du corps 100 de carte au moyen d'un outil adapté.
Dans une certaines mises en œuvre, le corps 100 est réalisé par moulage injection de matière synthétique dans une empreinte, par exemple dont une paroi principale est recouverte d'un substrat 1 portant l'antenne 20. Le logement 111 et / ou la cavité 110 est souvent réalisé par montage dans l'empreinte d'un noyau - qui réserve l'accès aux pistes en ce qui concerne le logement 111 -, en empêchant la matière synthétique d'être injectée à son emplacement.
Le substrat 1 avec l'antenne forme alors un insert d'injection noyé dans la matière synthétique injectée. Le substrat 1 de ['insert est dans une
mise en œuvre en PVC alors que la rjiatière synthétique injectée est de l'acrylonitrile butadiène styrène (ABS). Et une paroi principale de l'empreinte est recouverte par l'insert portant l'antenne 20 sur une surface en regard de l'intérieur de cette empreinte. Ensuite, des puits de connexions 170 sont usinés dans le corps 100.
Ici, ces puits 170 débouchent dans le fonds 112 de la cavité 110. Ils (170) sont étendus en élévation à travers le corps 100 - par exemple les feuilles 2 et 3 - et accèdent au pistes 150.
On voit sur la figure 3 que les puits 170 sont étendus vers le bas - à l'opposé en élévation de la surface principale .33 - sensiblement jusqu'au niveau du substrat 1 et de l'antenne 20.
Ici, seules les extrémités de contact des pistes 150 sont mises à nu par le perçage des puits 170, et non les bornes 120 de l'antenne 20. Sont ainsi limités, voire inhibés, les risques d'endommagement de l'antenne 20 rencontrés dans le passé.
Les puits 170 sont ici réalisés par micro perforations en utilisant une fraise de faible diamètre. Tous les puits 170 sont fraisés simultanément par un système à outils multiples, ce qui accélère cette étape.
Ces puits 170 sont formés dans des mises en œuvre, lors de la réalisation du corps 100 en utilisant des feuilles 1-5 pré percées. Mais cette mises en œuvre est délicate car les trous constituant les puits 170 doivent correspondre les une aux autres avec précision : et le laminage des feuilles provoque une déformation qui tend à les décaler parallèlement à la surface principale 33. Sur les figures 2 et 3 autant de puits 170 que de plots 11 à connecter aux plages de contact 130 de l'ensemble de contact ohmique 300 sont prévus.
Ces puits 170 sont ensuite remplis d'une matière électriquement conductrice afin d'établir une liaison électrique avec les pistes 150 et les plots 11 de la puce 10.
Ainsi, une piste de liaison 150 est étendue sur le substrat 1 entre chaque plot 11 auquel soit l'antenne 20 soit une plage 130 est à connecter.
Sur la figure 2, ces pistes 150 présentent chacune - au moins - une forme coudée : c'est-à-dire avec un premier tronçon rectiligne et
sensiblement perpendiculaire et contigu au bord de la puce 10 le plus proche du plot 11 relié par cette piste 150.
Un second tronçon rectiligne est sensiblement parallèle au bord de la puce 10 le plus proche du plot 11 relié par cette piste 150, en est distant et forme ainsi une continuation du premier tronçon.
Ici, la matière utilisée est une colle conductrice, tandis que dans d'autres mises en œuvre il s'agit d'une encre conductrice ou de métal à l'état fluide.
L' ensemble de contact ohmique 300 est alors reporté dans la cavité 110 du corps 100 ici par collage.
Selon l'invention, l'ensemble de contact ohmique 300 est un "module à circuit imprimé" qui ne porte pas de puce 10 puisque cette dernière est délocalisée dans le corps 100.
Il comporte sur la figure 3 un support isolant 301 sous la forme de feuille isolante, sur la face supérieure de laquelle sont réalisées les plages de contact 130.
Ici, les plages 130 sont obtenues par impression d'encre conductrice.
Dans une autre mise en œuvre, les plages 130 sont obtenues par métallisation suivie d'une gravure. Ces plages 130 sont prolongées vers l'intérieur de l'ensemble de contact ohmique 300 de manière à se trouver en vis à vis des puits 170.
La face supérieure de l'ensemble de contact ohmique 300 est définie comme étant la face destinée à affleurer la surface principale 33 du corps 100 et servent ainsi de contacts d'accès ohmique de la carte à puce 6, qui peut aussi communiquer sans contact galvanique grâce à l'antenne 20.
La réalisation illustrée prévoit que les puits 170 traversent en élévation l'ensemble de contact ohmique 300 également : en fait, ces puits 170 sont réalisés alors après report de cet ensemble 300 dans la cavité. Et la réalisation des plages 130 est une étape sensiblement confondue avec le remplissage de ces puits 170, ceux ci étant dans le même matériau et déposés sensiblement conjointement : les puits 170 sont d'abord remplis puis les plages 130 sont formées dans la cavité 110, sur la surface supérieure du support isolant 301 et jusqu'au niveau de la surface principale 33.
Sur la figure 3, la puce 10 est reportée dans le corps 100 à l'intérieur du logement ou découpe 111. Ce logement 111 est ici réalisé dans la feuille 2 qu'il traverse en élévation de part en part.
Puisque la feuille 2 est située au dessus de la feuille centrale ou substrat 1 pourvue de l'antenne 20, et que la feuille 3 où est formée la cavité 110 de réception de l'ensemble de contact ohmique 300, l'épaisseur de cet ensemble 300 est réduite relativement à un micromodule 30. Ceci, comme le fait que la puce 10 soit séparée de l'ensemble de contact ohmique 300, permettent une meilleure tenue à la flexion de la carte 6. Sur la figure 3, la cavité 110 ne débouche pas vers le bas, sur la feuille 2 ni sur le logement 111, ce qui en simplifie la forme et donc la réalisation.