WO2007057467A1 - Procede de realisation d'un transpondeur sans contact par couture d'un module sans contact a une antenne et transpondeur obtenu - Google Patents

Procede de realisation d'un transpondeur sans contact par couture d'un module sans contact a une antenne et transpondeur obtenu Download PDF

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WO2007057467A1
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antenna
module
substrate
transponder
contact pads
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PCT/EP2006/068681
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Jean-Paul Caruana
Frédérick SEBAN
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Gemplus
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    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49016—Antenna or wave energy "plumbing" making

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a contactless transponder comprising an antenna and an electronic module disposed on a substrate, said module comprising contact pads connected to one antenna.
  • the invention relates more particularly to a method of connecting a radioelectric antenna to a non-contact electronic module having radiofrequency communication functions.
  • the invention relates to a use of the above method in the production of contactless smart card and / or travel document such as electronic passport, electronic visa, electronic tag, any electronic communication product having a connection of a module to an antenna.
  • a wire antenna arranged in a plastic card body by a wire technology inlaid with ultra-light probes is known. sounds.
  • the module is then connected by thermo-compression with the same antenna wire.
  • Such conductive wires generally copper, very thin, less than 300 microns, and spaced apart on the order of a few hundred microns to form antenna turns, allow to obtain a high quality factor, for example greater than 40 unlike antennas obtained by depositing conductive material, in particular by serigraphy of conductive ink.
  • JP 2001-344580 describes a method of making an antenna by sewing a conductive wire that extends on a substrate plane and alternately on its opposite plane.
  • the antenna is connected directly to the pads of an integrated circuit chip by conductive material.
  • connection method is likely implemented by hand, does not seem to be effective at the connection of the chip and does not seem to allow industrialization.
  • the invention aims to allow a durable connection of a contactless module to an antenna with a good mechanical attachment of the module on a substrate and an industrialization of this connection.
  • the invention also aims to achieve in a minimum of steps the antenna and a crossing of turns forming the antenna without short circuit.
  • the subject of the invention is a method for producing a contactless transponder comprising an antenna and an electronic module disposed on a substrate and connected to the antenna by a conducting wire passing through the contact pads in the form of a at least one stitch;
  • the method is distinguished in that it comprises the following steps: realization of a module in a single block, said module comprising at least one integrated circuit having connection pads and contact pads connected to the pads,
  • the module can be realized practically according to the smart card technology and electrically tested before report.
  • the antenna is deposited on the substrate also by a stitch
  • a contact pad is first connected, then the antenna is made and the second contact pad is connected all by continuous sewing in a single operation with the same needle;
  • the method comprises a step of crossing antenna turns SP1 by a conducting wire passing over loop-shaped antenna portions embedded in the substrate;
  • At least one perforation is made on the contact pads prior to connection.
  • the invention also relates to a contactless transponder comprising an antenna and an electronic module disposed on a substrate and connected to the antenna by a conductive wire passing through the contact pads in the form of at least one stitching point;
  • the module comprises at least one integrated circuit and contact pads forming a single block on the substrate.
  • FIG. 1 illustrates a schematic view of a transponder according to a preferred embodiment of the method of the invention
  • FIG. 2 illustrates in detail the electronic circuit module of FIG. 1 with its connections
  • Figure 3 illustrates a sectional view of Figure 2 along BB
  • FIG. 4 illustrates an example of crossover CR of conducting wires as shown in FIG. 1
  • FIG. 5 is a view from above of FIG. 4.
  • a contactless transponder 1 comprises an antenna 2 and an electronic module 3 disposed on a substrate 4.
  • the module comprises on a support contact pads 5, 6 connected to the antenna.
  • the antenna is made on the substrate 2 using a conductive wire having two ends 7, 8.
  • the module in the example is an electronic module of the contactless type comprising a support 9, printed circuit type, with an integrated circuit chip 10 fixed on the support and connected by soldered wire or in a flip-chip technique ( chip returned and connected with a conductive adhesive), to the contact pads 5, 6 extending on either side of the support.
  • the module can be made without dielectric support, the ranges can be directly in contact with the substrate.
  • a coating with a protective resin can come to cover the chip and its contacts.
  • a conducting wire passes through the contact pads and connects them.
  • the connection is substantially in the vicinity upstream of the ends 7, 8 of the antenna. Just upstream of these ends, the wire is fixed in the substrate after the electrical connection by forming a point of attachment 11, 12 to the substrate.
  • a contact pad 5 has two points 5a, 5b of connection while the contact pad 6 has a connection 6a.
  • Several stitches for example three, four, crossing the beaches can improve the connection if space allows.
  • the conductive wire is the wire constituting each turn of the coil 2.
  • the wire forming the turns and connecting the ranges is continuous from one contact area to another.
  • the antenna comprises sewing stitches 22 distributed along the turns and in particular at the angles and change of direction 32.
  • An insulating substrate 4 is provided which may be for example a film or sheet of polymeric material, PVC, PET (polyethylene), polycarbonate, paper, printed circuit board material or chip card module such as ribbon polyimide or particular roller or any other material commonly used to make transponders.
  • the substrate may have different thicknesses, generally less than or equal to that of a chip card 0.76 mm so as to serve as an insert between two films or sheets or to support a cover sheet and / or printing. Typically the substrate may have a thickness of 0.1 mm.
  • the module is deposited, for example using a glue point. An adhesive is not essential if the module is carried over and positioned on the substrate at a connection station of the module by sewing. At this post, a reporting tool can keep the module in place the time of its connection.
  • the method may then comprise the following steps, of forming the antenna on the substrate, said antenna comprising two terminal parts 7, 8 of connection, then of connection of these parts. end of the antenna to the contact pads by a wire.
  • the contact pads are sewn at least by a stitch (5a, 5b, 6b) passing through the contact pads by means of a conductive wire.
  • the sewing stitch defines a loop 12 and includes an insulating bobbin thread 13 threading the loop to hold the conductive wire against the substrate.
  • the loop and / or the bobbin thread may be more or less sunken into the substrate depending on the tension of their respective yarn and setting of a sewing machine used in the process.
  • the antenna can be made in various ways, in particular by etching, ultrasound deposition, the antenna ends being disposed near the module and then connected according to the method of the invention.
  • the stitches also sew the ends or their vicinity to connect them.
  • the antenna is deposited in the substrate also by stitching points comprising a top wire and an insulating bobbin wire.
  • a contact pad 5 is first connected by sewing, in particular with a starting point 7 beforehand on the substrate, then the antenna 2 is always made by sewing at following and connecting the second contact pad 6 also by sewing.
  • the contact pads comprise at least one perforation 14.
  • perforations are recommended to make it possible to better electrically connect the module and to fix it mechanically to the substrate.
  • the perforations or perforations 14 in the contact pads may preferably be carried out beforehand, in particular by punching, in particular to reduce the wear of the needle of a sewing machine.
  • a system for locating the module and prior perforations of the VAO (Computer Aided Vision) type preferably equips a station for connecting the antenna to the module to control the positioning, displacement, and stitching of the needle.
  • VAO Computer Aided Vision
  • the fixing of the module is similar to an automatic fastening of a shirt button in particular. If necessary, using a thinner wire or a wider hole, it is possible to perform several stitches in the two perforations 5a, 5b. Point 11 is not essential, the thread can be cut at point 5a.
  • the conducting wire of the antenna 2 or of the connection 2C comprises loops 15 which pass through the tracks and the substrate. These loops are held by a lower wire 13 or insulating bobbin wire.
  • Figures 4 and 5 illustrate a cross CR of son son.
  • the invention allows the return of the inner coil 2C of the conductive coil 2 to the contactless chip to be connected (fig.l).
  • the conductive wire SP1 is buried in the form of a loop 16 in the substrate in a relatively wide perforation 17 so as to separate the portions of wire going up on each side of the perforation. Between these two portions, a conductive wire SP2 can extend to cross the loop without short-circuit with it.
  • the margin available between the crossed threads is for example one to three times the diameter of the thread.
  • copper conductor wires may have a diameter of 0.03 mm to 1 mm.
  • the insulating wire 13 in which the insulating wire is wound up in the hole 17 by a greater tension of the conductive wire SPl, to the contact of the upper cross conductor wire SP2.
  • the insulating wire 13 then constitutes a bridge or an insulating support for the crossing conductor wire which can thus cross the antenna coil SP1 disposed under the insulating wire 13.
  • the insulating wire 13 holds a portion of the turn SP1 at least partially buried under the upper surface S carrying the antenna.
  • Any perforation can be carried out beforehand, in particular by punching or by a needle during sewing.
  • a needle deforms the substrate material and produces slight beads around the perforation.
  • An advantage of the invention is to allow a use of bare conductive wire for connecting and / or producing the conductive coil. Thanks to this, it is possible to use a wire of very small diameter up to, for example, 30 ⁇ m not available in an isolated wire version
  • the substrate may be provided with multiple perforations, regularly distributed at least over the course of the antenna turns or over the entire surface such as a matrix, a perforated card.
  • the perforations can be filled by creep of the material during a lamination of leaves thermo plastics.
  • the method is suitable for forming a contactless insert for any product, including smart cards.
  • the invention covers any electronic radiofrequency communication product, such as a contactless smart card, comprising the transponder produced according to the method.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de réalisation d'un transpondeur sans contact comportant une antenne et un module électronique disposé sur un substrat et connecté à l'antenne par un fil conducteur traversant les plages de contact sous forme d'au moins un point de couture (5a, 5b, 6b) ; Le procédé se distingue en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - réalisation d'un module en un seul bloc, ledit module comprenant au moins un circuit intégré et des plages de contact, - report du module sur le substrat avant connexion à 1'antenne. L'invention concerne également le transpondeur obtenu.

Description

Procédé de réalisation d'un transpondeur sans contact par couture d'un module sans contact à une antenne et transpondeur obtenu
L'invention concerne un procédé de réalisation d'un transpondeur sans contact comportant une antenne et un module électronique disposé sur un substrat, ledit module comportant des plages de contact connectées à 1 ' antenne .
L'invention concerne plus particulièrement un procédé de connexion d'une antenne radioëlectrique à un module électronique sans contact ayant des fonctions de communication radiofréquence .
L'invention vise une utilisation du procédé ci- dessus à la réalisation de carte à puce sans contact et /ou de document de voyage tel que passeport électronique, de visa électronique, étiquette électronique, tout produit électronique de communication comportant une connexion d'un module à une antenne .
Parmi les procédés de réalisation de transpondeur de qualité ayant des caractéristiques très reproductibles et très performantes, on connaît l'usage d'antenne filaire disposée dans un corps de carte en matière plastique par une technologie de fil incrusté à l'aide de sondes a ultra sons. Le module est ensuite connecté par thermo-compression avec le même fil d ' antenne . De tels fils conducteurs, généralement en cuivre, très fins, inférieur à 300 μm, et espacés de l'ordre de quelques centaines de μm pour constituer des spires d'antenne, permettent d'obtenir un facteur qualité élevé, par exemple supérieur à 40 contrairement à des antennes obtenues par dépôt de matière conductrice, notamment par sérigraphie d'encre conductrice.
Ce procédé d'incrustation semble relativement lent. En outre, pour la connexion du fil à des plages de contact d'un module électronique, il semble nécessaire de changer d'outil.
D'autre part, pour effectuer des croisements de spires sans court circuit, il est nécessaire d'avoir des fils conducteur gainés d'un isolant.
On connaît également le document JP 2001-344580, qui décrit un procédé de réalisation d'antenne par couture d'un fil conducteur qui s'étend sur un plan de substrat et alternativement sur son plan opposé.
L'antenne est connectée directement aux plots d'une puce de circuit intégré par matière conductrice.
Ce procédé de connexion vraisemblablement mis en oeuvre à la main, ne semble pas être efficace au niveau de la connexion de la puce et ne semble pas permettre une industrialisation. L'invention a pour objectif de permettre une connexion durable d'un module sans contact à une antenne avec une bonne fixation mécanique du module sur un substrat et une industrialisation de cette connexion.
L'invention a également pour objectif de réaliser en un minimum d'étapes l'antenne et un croisement de spires formant l'antenne sans court circuit.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un transpondeur sans contact comportant une antenne et un module électronique disposé sur un substrat et connecté a l'antenne par un fil conducteur traversant les plages de contact sous forme d'au moins un point de couture;
Le procédé se distingue en ce qu'il comprend les étapes suivantes : réalisation d'un module en un seul bloc, ledit module comprenant au moins un circuit intégré ayant des plots de connexion et des plages de contact connectées aux plots,
- report du module sur le substrat avant connexion à 1 ' antenne .
Ainsi, on peut connecter et/ou fixer mécaniquement le module sur le substrat de manière industrielle et rapide avec moins d'opération.
En outre, le module peut être réalisé pratiquement selon la technologie de carte à puce et testé électriquement avant report .
Selon d'autres caractéristiques du procédé : - l'antenne est déposée sur le substrat également par un point de couture;
- on connecte d'abord une plage de contact, puis on réalise l'antenne et on connecte la seconde plage de contact le tout par couture continue en une seule opération avec la même aiguille;
- le procédé comprend une étape de croisement de spires d'antenne SPl par un fil conducteur passant au- dessus de portions d'antenne en forme de boucle enfouie dans le substrat;
- on effectue au moins une perforation sur les plages de contact préalablement à la connexion.
L'invention a également pour objet un transpondeur sans contact comportant une antenne et un module électronique disposé sur un substrat et connecté a l'antenne par un fil conducteur traversant les plages de contact sous forme d'au moins un point de couture;
II se distingue en ce que le module comprend au moins un circuit intégré et des plages de contact formant un seul bloc sur le substrat .
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description, qui suit, donnée à titre d'exemple îllustratif et non limitatif, et faite en référence aux figures annexées pour lesquelles : la figure 1 illustre une vue schématique d'un transpondeur selon un mode préféré de mise en oeuvre du procédé de l'invention ; la figure 2 illustre en détail le module de circuit électronique de la figure 1 avec ses connexions ; la figure 3 illustre une vue en coupe de la figure 2 selon B-B; la figure 4 illustre un exemple de croisement CR de fils conducteurs tel que présent sur la figure 1; la figure 5 est une vue de dessus de la figure 4.
Comme le montrent les figures 1 et 2, un transpondeur sans contact 1 comporte une antenne 2 et un module électronique 3 disposés sur un substrat 4. Le module comporte sur un support des plages de contact 5, 6 connectées à l'antenne. L'antenne est réalisée sur le substrat 2 à l'aide d'un fil conducteur comportant deux extrémités 7, 8.
Le module dans l'exemple est un module électronique du type sans contact comportant un support 9, type circuit imprimé, doté d'une puce de circuit intégré 10 fixée sur le support et connecté par fil soudé ou selon une technique type flip-chip (puce retournée et connectée avec une colle conductrice) , aux plages de contact 5, 6 s ' étendant de part et d'autre du support . Le module peut être réalisé sans support diélectrique, les plages pouvant être directement au contact du substrat .
Un enrobage avec une résine de protection peut venir couvrir la puce et ses contacts.
Selon une caractéristique de l'invention, un fil conducteur traverse les plages de contact et les connecte. Dans l'exemple, la connexion s'effectue sensiblement au voisinage en amont des extrémités 7, 8 de l'antenne. Juste en amont de ces extrémités, le fil est fixé dans le substrat après la connexion électrique en formant un point d'accrochage 11, 12 au substrat.
Une plage de contact 5 comporte deux points 5a, 5b de connexion tandis que la plage de contact 6 en comporte une connexion 6a. Plusieurs points de couture par exemple trois, quatre, traversant les plages permettent d'améliorer la connexion si l'espace le permet .
Dans l'exemple, le fil conducteur est le fil constituant chaque spire de la bobine 2. En fait, le fil formant les spires et connectant les plages est continu d'une plage de contact à l'autre.
L'antenne comporte des points de couture 22 réparties le long des spires et notamment aux angles et changement de direction 32. On décrit maintenant un mode préféré de mise en oeuvre ci-après du procédé de réalisation du transpondeur de la figure 1.
On fournit un substrat isolant 4 qui peut être par exemple un film ou feuille en matériau polymère, en PVC, PET (polyéthylène) , en polycarbonate, papier, matériau de circuit imprimé ou de module de carte à puce tel que du polyimide en ruban ou rouleau notamment ou tout autre matériau utilise couramment pour réaliser des transpondeurs .
Le substrat peut avoir différentes épaisseurs, généralement inférieures ou égales à celle d'une carte à puce 0,76 mm de manière le cas échéant de servir d' insert entre deux films ou feuilles ou servir de support à une feuille de couverture et/ou d'impression. Typiquement le substrat peut avoir une épaisseur de 0,1 mm. Sur ce substrat, on dépose le module, par exemple à l'aide d'un point de colle. Un adhésif n'est pas indispensable si le module est reporté et positionné sur le substrat à un poste de connexion du module par couture. A ce poste, un outil de report peut maintenir en place le module le temps de sa connexion.
Le procédé peut comprendre ensuite les étapes suivantes, de formation de l'antenne sur le substrat, ladite antenne comportant deux parties terminales 7, 8 de connexion, puis de connexion de ces parties terminales de l'antenne aux plages de contact par un fil conducteur.
Conformément à une étape caractéristique du procédé, les plages de contact sont cousues au moins par un point de couture (5a, 5b, 6b) traversant les plages de contact à l'aide d'un fil conducteur.
Le point de couture définit une boucle 12 et comporte un fil de cannette isolant 13 enfilant la boucle pour maintenir le fil conducteur contre le substrat .
La boucle et/ou le fil de cannette peuvent être plus ou moins enfoncés dans le substrat selon la tension de leur fil respectif et réglage d'une machine à coudre utilisée dans le procédé.
Dans une variante de mise en oeuvre, l'antenne peut être réalisée de différentes manières notamment par gravure, dépôt par ultra sons, les extrémités d'antenne étant disposées à proximité du module puis connectées selon le procédé de l'invention.
Dans ce cas, les points de couture cousent également les extrémités ou leur voisinage pour les connecter .
Toutefois, selon une disposition avantageuse du procédé, l'antenne est déposée dans le substrat également par points de couture comportant un fil de dessus et un fil de cannette isolant. Dans un mode de mise en oeuvre préféré, on peut procéder ainsi : on connecte d'abord une plage de contact 5 par couture, notamment avec un point de démarrage 7 préalable sur le substrat, puis on réalise l'antenne 2 toujours par couture à la suite et on connecte la seconde plage de contact 6 également par couture .
Le tout est donc réalisé par couture en une seule opération et avec une même aiguille de machine à coudre .
A la figure 2, les plages de contact comportent au moins une perforation 14. Plusieurs perforations sont recommandées pour permettre de mieux connecter électriquement le module et de bien le fixer mécaniquement au substrat .
Les perforations ou percements 14 dans les plages de contact peuvent être effectuées de préférence au préalable, notamment par poinçonnage, afin notamment de réduire l'usure de l'aiguille d'une machine à coudre.
Un système de repérage du module et des perforations préalables du type VAO (vision assistée par ordinateur) équipe de préférence un poste de connexion de l'antenne au module pour contrôler le positionnement, déplacement, et piquage de l'aiguille.
La fixation du module s'apparente dans ce cas à une fixation automatique d'un bouton de chemise notamment. Le cas échéant, à l'aide d'un fil conducteur plus fin ou un perçage plus large, il est possible d'effectuer plusieurs points de couture dans les deux perforations 5a, 5b. Le point 11 n'est pas indispensable, le fil pouvant être coupé au niveau du point 5a.
A la figure 3, le fil conducteur de l'antenne 2 ou de connexion 2C comporte des boucles 15 qui traversent les plages et le substrat. Ces boucles sont maintenues par un fil inférieur 13 ou fil de canette isolant.
Les figures 4 et 5 illustrent un croisement CR de fils conducteurs. L'invention permet le retour de la spire intérieure 2C de la bobine conductrice 2 vers la puce sans contact pour y être connectée (fig.l) .
Selon une première mise en oeuvre, figure 4, le fil conducteur SPl est enfoui sous forme de boucle 16 dans le substrat dans une perforation 17 relativement large de manière à écarter les portions de fil remontant de chaque côté de la perforation. Entre ces deux portions, un fil conducteur SP2 peut s'étendre pour croiser la boucle sans court -circuit avec elle. La marge disponible entre les fils croisés est par exemple une à trois fois le diamètre du fil conducteur. Des fils conducteurs en cuivre peuvent par exemple avoir un diamètre de 0 , 03 mm à 1 mm.
Dans un autre mode de mise en oeuvre non illustré, dans lequel le fil isolant serait remonté dans le trou 17 par une tension plus grande du fil conducteur SPl, jusqu'au contact du fil conducteur supérieur de croisement SP2. Le fil isolant 13 constitue alors un pont ou un appui isolant pour le fil conducteur de croisement qui peut ainsi croiser la spire d'antenne SPl disposée sous le fil isolant 13. Le fil isolant 13 maintient une portion de la spire SPl au moins partiellement enfouie sous la surface supérieure S portant l'antenne.
Toute perforation peut être effectuée au préalable notamment par poinçonnage ou être effectuée par une aiguille au cours de la couture. S 'agissant de plastique, une aiguille déforme la matière du substrat et produit de légers bourrelets autour de la perforation.
Un avantage de l'invention est de permettre une utilisation de fil conducteur nu pour connecter et/ou réaliser la bobine conductrice. Grâce à cela, on peut utiliser un fil de diamètre très faible jusqu'à par exemple 30 μm non disponible en version fil isolé
(gainé par du plastique) .
Avantageusement, le substrat peut être fourni avec de multiples perforations, réparties régulièrement au moins sur le parcours des spires d'antenne ou sur toute la surface comme une matrice, une carte perforée.
Les perforations peuvent être comblées par fluage de la matière au cours d'une lamination de feuilles thermo plastiques. Le procédé convient à la formation d' insert sans contact pour tout produit, notamment des cartes à puce.
L'invention couvre tout produit électronique de communication radiofréquence, tel une carte à puce sans contact, comprenant le transpondeur réalisé selon le procédé .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un transpondeur sans contact comportant une antenne et un module électronique disposé sur un substrat et connecté à
1 ' antenne par un fil conducteur traversant les plages de contact sous forme d'au moins un point de couture
(5a, 5b, 6b) , caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes:
- réalisation d'un module en un seul bloc, ledit module comprenant au moins un circuit intégré ayant des plots de connexion et des plages de contact connectées aux plots, - report du module sur le substrat avant connexion a 1 ' antenne .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne est déposée sur le substrat (4) également par un point de couture.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on connecte d'abord une plage de contact, puis on réalise l'antenne et on connecte la seconde plage de contact le tout par couture continue en une seule opération avec la même aiguille .
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de croisement de spires d'antenne SPl par un fil conducteur SP2 passant au-dessus de portions d'antenne en forme de boucle 16 enfouie dans le substrat.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on effectue au moins une perforation 17 sur les plages de contact préalablement à la connexion.
6. Transpondeur sans contact comportant une antenne et un module électronique disposé sur un substrat et connecté à l'antenne par un fil conducteur traversant les plages de contact sous forme d'au moins un point de couture (5a, 5b, 6b) , caractérisé en ce que le module comprend au moins un circuit intégré et des plages de contact formant un seul bloc sur le substrat.
7. Produit électronique de communication radiofréquence , tel une carte à puce sans contact, comprenant le transpondeur selon la revendication précédente .
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