WO2024023399A1 - Carte a puce avec antennes a couplage optimise et son procede de fabrication - Google Patents

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WO2024023399A1
WO2024023399A1 PCT/FR2023/000136 FR2023000136W WO2024023399A1 WO 2024023399 A1 WO2024023399 A1 WO 2024023399A1 FR 2023000136 W FR2023000136 W FR 2023000136W WO 2024023399 A1 WO2024023399 A1 WO 2024023399A1
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antenna
concentrator
cavity
turns
insert
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PCT/FR2023/000136
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Guillaume GUERIN
Luc Lefebvre
Stephan DANLER BAUMGARTNER
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Smart Packaging Solutions
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    • G06K19/07794—Antenna details the record carrier comprising a booster or auxiliary antenna in addition to the antenna connected directly to the integrated circuit

Definitions

  • the invention relates to antennas of the type used for smart cards with contactless operation or mixed contact and contactless operation or for other security documents capable of using such antennas.
  • the known antennas for such smart cards are generally integrated into a multilayer antenna insert comprising a substrate typically made of plastic material often of the PET (polyethylene terephthalate) type comprising antenna tracks produced by etching layers of aluminum , as well as a stack of several thin layers also made of plastic.
  • PET polyethylene terephthalate
  • the antenna is generally configured in the form of two sets of turns, forming a first antenna called ID1 antenna whose turns are large in size close to the size of the smart card, intended to be electromagnetically coupled with an external reader, and a second antenna called a concentrator antenna (even more simply referred to as the concentrator).
  • This concentrator antenna is intended to be electromagnetically coupled with the antenna of the electronic module, and it is electrically connected in series or in parallel with the antenna in the so-called ID1 format.
  • a network of adjustable capacitors integrated into the two antennas called ID1 and concentrator makes it possible to resonate the entire antenna system at a determined operating frequency.
  • antenna system we therefore mean the ID1 antenna, the concentrator antenna, and the adjustable capacitors making it possible to adjust the resonant frequency of the antenna insert.
  • the aforementioned antenna system is electromagnetically coupled to an electronic module also having an antenna, arranged at the periphery of the electronic module and called module antenna, whether for example the electronic module of a contactless smart card; or that of an electronic passport.
  • the antenna of the module is limited in terms of number of turns by the reduced size of the electronic module, the latter must also receive a microelectronic chip and possibly standardized galvanic contacts of the ISO 7816-2 type, for example for so-called cards dual, which are mixed contact and contactless operation
  • the ID1 antenna and the concentrator are made in particular by etched aluminum tracks of very small width arranged on a PET substrate, and the adjustment capacities are produced by metal cups located on either side of the booster antenna substrate.
  • the turns of the ID1 and concentrator antennas can be made on a single side of the antenna, or on both sides.
  • crimp in Anglo-Saxon terminology, namely an electrical connection made by crimping or stamping to connect metal areas located on either side of the substrate of the in serves as an antenna.
  • the metal tracks of the antennas typically have a thickness of the order of 10 to 30 micrometers, and the thickness of the dielectric substrate is of the order of 25 to 38 micrometers, which makes it possible to obtain radio frequency operating performance in compliance with current standards (ISO 14443 and 10373-6).
  • a smart card provided with an antenna insert for a smart card with contactless operation or mixed contact and contactless operation intended to be interposed between external layers of a smart card body.
  • This antenna insert comprises a substrate and on at least one face of said substrate, turns of a concentrator intended to be electromagnetically coupled with the turns of an antenna of an electronic module arranged in a cavity of the card body.
  • the internal turn of the concentrator is offset from the antenna of the module, which affects the quality of the coupling between your two antennas.
  • the electronic module of the smart card is inserted, in a known manner, into a cavity provided in the card body, in particular by machining using a milling cutter.
  • This cavity has two zones of different depths, namely a zone called P2, which corresponds to the deepest machining and in which the encapsulation drop which protects the microelectronic chip of the module is housed, and a zone called P1, which corresponds to shallower machining and which delimits an area on which the peripheral antenna of the electronic module rests.
  • the cavity of the module is machined when all the layers of the smart card have been assembled, and the antenna insert is caught between the external layers of the card body.
  • the machining of zone P2 then generally passes through the antenna insert, which is located at a depth of approximately 400 micrometers. micrometers, while the shallower machining of zone P1 does not reach the depth of the antenna insert.
  • Coupling is defined by the geometric similarity between two antennas as well as their respective distance. So to define the interaction between the hub antenna and the module antenna, the greater the distance separating one from the other, the less good the coupling will be, which will result in degraded performance.
  • the first interior turns of the concentrator are therefore the most important and must be located as close as possible to the track turns of the module antenna to maximize this performance, and have as many turns as possible in a minimum of space.
  • the module used is a so-called "thick” module, namely a module which requires a cavity whose two zones P1 and P2 are deep, and both require machining which passes through the layers of the in serves as an antenna.
  • dCW dCW type modules
  • the turns of the concentrator antenna cannot be located sufficiently close to the turns of the electronic module, which results in poor radio frequency communication performance of known smart cards provided with such modules.
  • a general goal! of the invention is therefore to propose an improved antenna insert structure, in particular for the body of a contactless smart card or for an electronic passport, and which is devoid of the aforementioned drawbacks.
  • Another more specific aim of the invention is to propose an antenna insert structure for a contactless smart card or equivalent, ensuring optimized coupling with the antenna of an electronic module intended to be integrated into the card body. , independently of the thickness of the module, that is to say in particular whether it is a standard module, or a so-called “thick” module, in particular of the dCW type having a thickness of more than 500 micrometers.
  • Another aim of the invention is to propose a method of manufacturing a smart card using it as an optimized antenna according to the invention.
  • the solution to the aforementioned problem consists of creating on the in serving as antenna an internal turn of concentrator which opens directly into the cavity, on the side walls thereof, and which is wider than others, in any case wide enough to compensate for the positioning tolerance of the antenna insert between the other layers of the card body, when assembling the antenna insert with the other layers of the smart card.
  • a concentrator blank is produced provided with a substantially full metallic central zone, then the insert provided with this blank is placed between the other layers of the card body, and finally the cavity of the card is machined.
  • card body as well as the substantially solid metallic central zone of the antenna insert, so that after machining, there remains on the antenna insert an internal concentrator turn which opens directly into the cavity and which is flush with the side walls thereof.
  • the enlarged internal turn which remains after machining of the module cavity makes it possible both to absorb the positioning tolerances of the antenna insert in the card body, and to bring this internal turn as close as possible to the concentrator of the turns of the antenna of the electronic module, as will be visible in the figures.
  • This method and this concentrator antenna configuration can be advantageously used regardless of the zone P1 or P2 of the module which passes through the antenna insert, that is to say whether it is a standard module or 'a thick module.
  • the subject of the invention is therefore an antenna insert for a smart card with contactless operation or mixed contact and contactless operation, intended to be interposed between external layers of a smart card body, said insert d antenna comprising a substrate and on at least one face of said substrate, turns of a concentrator intended to be electromagnetically coupled with the turns of an antenna of an electronic module placed in a cavity of the card body, characterized in that said concentrator comprises at least one internal turn which opens into the cavity and which is flush with the internal side walls of said cavity of the smart card body.
  • said internal turn of the concentrator is wider than the other turns of the concentrator.
  • the width of said internal turn of the concentrator is greater than the value of the positioning tolerance of the insert antenna between the external layers of a smart card body. This makes it possible to compensate for the lateral positioning tolerance of the insert between the layers of a smart card body and to prevent the internal turns of the concentrator from being cut during machining of the cavity.
  • the width of said internal turn is greater than approximately 2.2 mm.
  • the concentrator is a single-sided antenna, all of whose turns are arranged on a single face of the substrate of the insert, and which has a single internal turn opening into the cavity.
  • the concentrator is a double-sided antenna, the turns of which are distributed between the two opposite faces of the substrate of the antenna insert and are connected in series or in parallel via a via or a “crimp” type crimp, said concentrator comprising two internal turns on either side of the substrate and opening into the cavity.
  • the invention also relates to a method of manufacturing a smart card provided with an antenna insert as defined above, characterized in that it comprises steps consisting of:
  • Figures 1A to 1D illustrate a sectional view of a known smart card during stages of milling the cavity and inserting a module of standard thickness
  • Figure 1E shows in top view the relative positioning of the turns of a single-sided concentrator and the turns of the antenna of the module of Figures IA to 1D
  • Figures 2A to 2C illustrate a sectional view of a known smart card during phases of milling the cavity and inserting a thick module of the dCVV type
  • Figure 2D shows in top view the relative positioning of the turns of the concentrator and the turns of the antenna of the module of Figures 2A to 2C
  • Figures 3A to 3D illustrate various views of a smart card according to the invention during phases of milling the cavity and inserting a thick electronic module into the cavity
  • Figure 3E shows in top view the relative positioning of the turns of the concentrator and the turns of the antenna of the module of Figures 3A to 3D
  • Figures 4A to 4D illustrate various
  • FIG. 1 shows the steps of manufacturing a dual smart card provided with an antenna insert 1 conforming to the state of the art.
  • This antenna insert provided with turns 3 forming a concentrator, the other turns shown are part of other components of the insert, such as for example an ID1 format antenna.
  • This antenna insert 1 is first laminated between external layers 2 so as to obtain a card body 5 (figure 1 IA). After lamination of the card body, a cavity 6 is machined using a milling cutter 7 in this card body 5 (FIG. 1B). The milling cutter 7 machines a portion of cavity at a depth P2 and another portion of larger cavity, at a depth Pi.
  • this traversing machining serves antenna 1, which implies that the internal turn 3a of the concentrator 3 must be located at a certain distance 15 from the internal side wall of the cavity machined at the depth P2 (figure 1D), so that the machining of the zone P2 does not damage the concentrator 3, and in particular its internal turn 3a, during this machining.
  • an electronic module 9 of a smart card is inserted there ( Figures 1C, 1D).
  • This comprises in a known manner a substrate 10 on which contacts are arranged in particular in ISO 7816-2 format, and under which is fixed a microelectronic chip 11, protected by a drop of coating resin 12.
  • This electronic module 9 is fixed in the cavity 6 using a layer of adhesive 13 placed between the antenna 14 of the electronic module 9 and the bottom of the cavity 6 at the depth P1 ( Figures 1C, 1D).
  • the lateral positioning tolerance of the in serves as antenna 1 requires keeping a certain distance 15 between the internal turn 3a of the concentrator 3, and the internal side walls 17 of the cavity 6, so as not to risk cutting the internal turn 3a of the concentrator during the machining of the cavity 6.
  • This distance 15 introduces an offset between the turns of the concentrator 3 and the turns of the antenna 14 of the module, which is detrimental to a good coupling coefficient between the antenna 14 of the electronic module and the concentrator 3.
  • the positioning of the turns of the concentrator 3, in particular its internal turn 3a appears in solid lines in Figure 1E which is a top view (in which the ISO contacts of the module are not shown), and the turns of the antenna 14 of the electronic module are shown in broken lines.
  • an antenna insert blank 21a is used which comprises in a known manner a concentrator formed by its turns 3 at its periphery, the center of the concentrator being formed initially by a substantially solid metallic central part 16.
  • the right part of Figure 3A simply represents a top view of the area of the concentrator 3, with a hatched part corresponding to the future position of the module 9.
  • the cavity 6 of the card body is machined as shown schematically in Figure 38, which has the effect of effect of eliminating the solid central part 16 of the antenna insert blank 21a while leaving to the right of the cavity 16 an internal turn 3a of concentrator which opens directly into the cavity 6, and which is flush with the internal walls lateral 17 of the cavity 6.
  • an antenna insert 21 according to the invention integrated between the external layers 2 of the card body 5.
  • an electronic module 9 provided with its antenna 14, in the cavity.
  • Figures 4A to 4D are similar to Figures 3A to 3D, except that the electronic module 9 used is a module of standard thickness, so that the zone P1 of the cavity 6 does not pass through the antenna 21. As visible in Figure 48, in this case, only the machining at depth P2 passes through the antenna insert 21. As a result, the internal turn 3a of the concentrator is now directly opposite the turns 14 of the antenna of the electronic module, which produces optimal coupling (Figure 4D).
  • Figure 5 is similar to Figure 3, except that the antenna insert 21 now includes a double-sided concentrator, whose turns 3,4 are distributed on either side of the Suitet substrate. In this case cm starts from a concentrator blank 21a provided with two substantially solid metallic central zones 16, one on each face of the substrate.
  • the invention makes it possible to achieve your set goals.
  • it makes it possible to eliminate the negative influence of the positioning tolerances of the antenna insert on the communication performance of a smart card provided with 'an antenna insert according to the invention, by bringing the internal turns of the concentrator of the turns of the module antenna, which has the effect of increasing the coupling factor between these two antennas.
  • the distance between the internal turn 3a of the concentrator 3 and the external turn of the antenna 14 of the module is now constant, for a given type of module.
  • the new structure does not require significant modification of the assembly process of the Antenna Inserts in the card bodies. Only the manufacturing process of the inserts is modified, by using a concentrator blank with a substantially solid metallic central part before a machining phase which eliminates this substantially solid metallic central part and which finalizes the geometry of the concentrator and which serves as a antenna.
  • This method and this configuration of concentrator antenna can be advantageously used whatever the zone P1, P2 of the module which crosses the in serving as antenna and whatever the machining depths of the cavity of the module.

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Abstract

L'invention concerne une carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte â contact et sans contact, comportant un corps de carte à puce (5) et un insert d'antenne (21) interposé entre des couches externes (2) dudit corps de de carte à puce (5), ledit insert d'antenne (21) comportant un substrat et sur au moins une face dudit substrat, des spires d'un concentrateur (3,4) destinées à être couplées électromagnétiquement avec les spires d'une antenne (14) d'un module électronique (9) disposé dans une cavité (6) du corps de carte (5), caractérisé en ce que ledit concentrateur (3,4) comporte au moins une spire interne (3a, 4a) qui débouche dans la cavité (6) et qui affleure sur les parois latérales internes (17) de ladite cavité (6) du corps de carte à puce (5).

Description

DESCRIPTION TITRE : Carte à puce avec antennes à couplage optimisé et son procédé de fabrication
L'invention concerne les antennes du type de celles utilisées pour les cartes à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact ou pour d'autres documents de sécurité susceptibles d'utiliser de telles antennes.
État de la technique
Les antennes connues pour de telles cartes à puce sont généralement intégrées à un insert d'antenne multicouche comportant un substrat typiquement en matière plastique souvent de type PET (polytéréphtalate d'éthylène) comportant des pistes d'antenne réalisées par gravure de couches d'aluminium, ainsi qu'un empilement de plusieurs fines couches également en matière plastique.
L'antenne est généralement configurée sous la forme de deux ensembles de spires, formant une première antenne dite antenne ID1 dont les spires sont de grande taille proche de la taille de la carte à puce, destinée à être couplée électro magnétiquement avec un lecteur externe, et une seconde antenne dite antenne concentrateur (encore désignée plus simplement comme le concentrateur). Cette antenne concentrateur est destinée à être couplée électro magnétiquement avec l'antenne du module électronique, et elle est connectée électriquement en série ou en parallèle avec l'antenne au format dit ID1.
Un réseau de capacités ajustables intégrées aux deux antennes dites ID1 et concentrateur permet de faire résonner l'ensemble du système d'antennes à une fréquence de fonctionnement déterminée. On entend donc par système d'antennes, l'antenne ID1, l'antenne concentrateur, et les capacités ajustables permettant d'ajuster la fréquence de résonnance de l'insert d'antenne.
Le système d'antennes précité est couplé électro magnétiquement à un module électronique disposant lui aussi d'une antenne, disposée à la périphérie du module électronique et appelée antenne du module, qu'il s'agisse par exemple du module électronique d'une carte à puce sans contact; ou de celui d'un passeport électronique. L'antenne du module est limitée en termes de nombre de tours par la taille réduite du module électronique, celui-ci devant en outre recevoir une puce microélectronique et éventuellement des contacts galvaniques normalisés de type ISO 7816-2, par exemple pour les cartes dites duales, qui sont à fonctionnement mixte à contact et sans contact
Dans les réalisations connues d'inserts d'antenne, l'antenne ID1 et le concentrateur sont réalisés notamment par des pistes gravées en aluminium de très faible largeur disposées sur un substrat en PET, et les capacités d’ajustement sont réalisées par des placards métalliques situés de part et d'autre du substrat de l'antenne booster. Les spires des antennes ID1 et concentrateur peuvent être réalisées sur une seule face del'in sert, ou sur ses deux faces. Pour fermer le circuit électrique, on a l'habitude d'utiliser un "crimp" en terminologie anglo-saxonne, à savoir une connexion électrique réalisée par sertissage ou estampage pour relier des plages métalliques situées de part et d'autre du substrat del'in sert d'antenne. Dans ce mode de réalisation connu, les pistes métalliques des antennes ont typiquement une épaisseur de l'ordre de 10 à 30 micromètres, et l'épaisseur du substrat diélectrique est de l’ordre de 25 à 38 micromètres, ce qui permet d'obtenir des performances de fonctionnement radiofréquence conformes aux normes en vigueur (ISO 14443 et 10373-6).
On connaît par le document EP 3 543 913 Al une carte à puce pourvue d'un insert d'antenne pour carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact destiné à être interposé entre des couches externes d'un corps de carte à puce. Cet insert d’antenne comporte un substrat et sur au moins une face dudit substrat, des spires d'un concentrateur destinées à être couplées électrornagnétiquement avec tes spires d'une antenne d’un module électronique disposé dans une cavité du corps de carte. Cependant, la spire interne du concentrateur est décalée par rapport à l'antenne du module, ce qui nuit à la qualité du couplage entre tes deux antennes.
On décrira l'invention en référence à la terminologie habituelle des composants d'une carte à puce sans contact ou d'une carte à puce duale, étant entendu qu'elle est transposable sans limitation à d'autres produits de format différent, comme les passeports électroniques.
Le module électronique de la carte à puce est inséré, de façon connue, dans une cavité aménagée dans le corps de carte, en particulier par usinage à l'aide d'une fraise. Cette cavité comporte deux zones de profondeurs différentes, à savoir une zone dite P2, qui correspond à l'usinage le plus profond et dans laquelle vient se loger la goutte d'encapsulation qui protège la puce microélectronique du module, et une zone dite P1, qui correspond à un usinage moins profond et qui délimite une zone sur laquelle vient s'appuyer l'antenne périphérique du module électronique.
La cavité du module est usinée lorsque toutes les couches de la carte à puce ont été assemblées, et quel'i nsert d'antenne se trouve pris entre les couches externes du corps de carte. Pour un module d'épaisseur standard, à savoir un module ayant une épaisseur de l'ordre de 500 micromètres, l'usinage de la zone P2 traverse alors généralemeln'it nsert d'antenne, qui est situé à une profondeur d'environ 400 micromètres, alors que l'usinage moins profond de la zone P1 n'atteint pas la profondeur de l'insert d'antenne.
Afin de préserver la fonctionalité des spires des antennes ID1 et concentrateur de l'insert, il est donc nécessaire qu'aucune piste ne soit située dans la zone P2 qui sera usinée. Mais afin d'assurer un bon couplage électromagnétique entre l'antenne concentrateur del'i nsert et l'antenne du module électronique, il est également nécessaire que les spires du concentrateur soient aussi proches que possible des spires de l'antenne du module électronique.
Le couplage est défini par la similitude géométrique entre deux antennes ainsi que par leur distance respective. Ainsi pour définir l'interaction entre l'antenne concentrateur et l'antenne du module, plus la distance séparant l'une de l'autre est grande, moins bon sera le couplage ce qui engendrera des performances dégradées. Les premiers tours intérieurs du concentrateur sont donc les plus importants et doivent se trouver au plus proche des tours de pistes de l'antenne du module pour maximiser ces performances, et avoir le plus de spires possibles dans un minimum d'encombrement. Ces deux conditions simultanées sont déjà difficiles à réaliser pour un module d'épaisseur standard, compte tenu des tolérances de positionnement del'in sert d'antenne pendant l'assemblage des couches de la carte à puce, qui sont de l'ordre de 1 à 2 mm. Elles deviennent encore plus difficiles à réaliser lorsque le module utilisé est un module dit « épais », à savoir un module qui nécessite une cavité dont les deux zones P1 et P2 sont profondes, et nécessitent toutes deux un usinage qui traverse les couches del'in sert d'antenne. Cela est typiquement le cas pour des modules de type dit « dCW » (acronyme pour « Dynamic Card Verification Value » en terminologie anglo-saxonne), pour lesquels les deux profondeurs des zones P1 et P2 sont situées au-delà de 500 micromètres. Dans ce cas de figure, les spires de l'antenne concentrateur ne peuvent pas être situées suffisamment proches des spires du module électronique, ce qui entraîne de mauvaises performances de communication radiofréquence des cartes à puce connues pourvues de tels modules.
Buts de l'invention
Un but généra! de l'invention est par conséquent de proposer une structure améliorée d'insert d'antenne, notamment pour le corps d'une carte à puce sans contact ou pour un passeport électronique, et qui soit dépourvue des inconvénients précités.
Un autre but plus spécifique del'in vention est de proposer une structure d’insert d'antenne pair carte à puce sans contact ou équivalent, assurant un couplage optimisé avec l'antenne d'un module électronique destiné à être intégré au corps de carte, indépendamment de l'épaisseur du module, c'est-à-dire en particulier qu'il s'agisse d'un module standard, ou d'un module dit « épais », notamment de type dCW ayant une épaisseur de plus de 500 micromètres.
Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'une carte à puce utilisanlt'in sert d'antenne optimisé selon l'invention.
Résumé de Hnvention
Selon le principe del'in vention, la solution au problème précité consiste à créer surl'in sert d'antenne une spire interne de concentrateur qui débouche directement dans la cavité, sur les parois latérales de celle-ci, et qui soit plus large que les autres, en tout cas suffisamment large pour compenser la tolérance de positionnement del'insert d'antenne entre les autres couches du corps de carte, lors de l'assemblage del'insert d'antenne avec les autres couches de la carte à puce.
Pour réaliser cette spire interne plus large, on réalise une ébauche de concentrateur pourvue d'une zone centrale métallique sensiblement pleine, puis on placel'i nsert pourvu de cette ébauche entre les autres couches du corps de carte, et enfin cm usine la cavité du corps de carte ainsi que la zone centrale métallique sensiblement pleine de l'insert d'antenne, de façon qu'après usinage, il subsiste surl'insert d'antenne une spire interne de concentrateur qui débouche directement dans la cavité et qui affleure sur les parois latérales de celle-ci. Ainsi, la spire interne élargie qui subsiste après l'usinage de la cavité du module permet à la fois d'absorber les tolérances de positionnement de l'insert d'antenne dans le corps de carte, et de rapprocher au maximum cette spire interne du concentrateur des spires de l'antenne du module électronique, comme cela sera visible sur les figures.
Ce procédé et cette configuration d'antenne concentrateur peuvent être avantageusement utilisés quelle que soit la zone P1 ou P2 du module qui traverse llnsert d'antenne, c'est-à-dire qu'il s'agisse d'un module standard ou d'un module épais.
L'invention a donc pour objet un insert d'antenne pour carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, destiné à être interposé entre des couches externes d'un corps de carte à puce, ledit insert d'antenne comportant un substrat et sur au moins une face dudit substrat, des spires d'un concentrateur destinées à être couplées électromagnétiquement avec les spires d'une antenne d'un module électronique disposé dans une cavité du corps de carte, caractérisé en ce que ledit concentrateur comporte au moins une spire interne qui débouche dans la cavité et qui affleure sur les parois latérales internes de ladite cavité du corps de carte à puce.
Selon un mode de réalisation préféré, ladite spire interne du concentrateur est plus large que les autres spires du concentrateur.
Selon un mode de réalisation avantageux, la largeur de ladite spire interne du concentrateur est supérieure à la valeur de la tolérance de positionnement de l'insert d'antenne entre les couches externes d'un corps de carte à puce. Cela permet de compenser la tolérance de positionnement latéral de l'insert entre les couches d'un corps de carte à puce et d'éviter que les spires internes du concentrateur ne soient coupées lors de l'usinage de la cavité.
Seton un mode de réalisation, lorsque la tolérance de positionnement de l'insert d'antenne dans le corps de carte est inférieure à 2 mm, la largeur de ladite spire interne est supérieure à environ 2,2 mm.
Selon un mode de réalisation, le concentrateur est une antenne simple face, dont toutes les spires sont disposées sur une seule face du substrat de l'insert, et qui comporte une seule spire interne débouchant dans la cavité.
Selon une variante de réalisation, le concentrateur est une antenne double face, dont les spires sont réparties entre les deux faces opposées du substrat de l'insert d'antenne et sont connectées en série ou en parallèle par l'intermédiaire d'un via ou d'une sertissure de type « crimp », ledit concentrateur comportant deux spires internes de part et d'autre du substrat et débouchant dans la cavité.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une carte à puce pourvue d'un insert d'antenne tel que défini plus haut, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à :
- Réaliser sur au moins une lace d'un substrat, une ébauche d'insert d'antenne possédant un substrat portant plusieurs spires en aluminium gravé et une partie centrale pleine non gravée ;
- Disposer ladite ébauche d'insert d'antenne entre des couches externes et les laminer ensemble pour former un corps de carte ;
Usiner une lace du corps de carte pour y former une cavité destinée à recevoir un module électronique, ladite cavité traversant ladite partie centrale pleine de l'ébauche d'insert d'antenne et ledit substrat, de façon que ladite partie centrale laisse subsister après usinage de la cavité une spire interne de concentrateur qui affleure sur les parois latérales internes de la cavité ;
- Déposer une couche d'adhésif sur la périphérie du module.
- Reporter et fixer dans ladite cavité un module électronique pourvu sur sa périphérie de pistes d'une antenne de module, de sorte que ces pistes d'antenne du module soient adjacentes de la piste interne du concentrateur, ou en regard de ladite piste interne du concentrateur.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés dans lesquels : les figures 1A à 1D illustrent une vue en coupe d'une carte à puce connue pendant des phases de fraisage de la cavité et d'insertion d'un module d'épaisseur standard ; la figure 1E représente en vue de dessus le positionnement relatif des spires d'un concentrateur simple face et des spires de l'antenne du module des figures IA à 1D ; les figures 2A à 2C illustrent une vue en coupe d’une carte à puce connue pendant des phases de fraisage de la cavité et d'insertion d'un module épais de type dCVV ; la figure 2D représente en vue de dessus le positionnement relatif des spires du concentrateur et des spires de l'antenne du module des figures 2A à 2C ; les figures 3A à 3D illustrent diverses vues d'une carte à puce selon l'invention pendant des phases de fraisage de la cavité et d'insertion d'un module électronique épais dans la cavité; la figure 3E représente en vue de dessus le positionnement relatif des spires du concentrateur et des spires de l'antenne du module des figures 3A à 3D ; les figures 4A à 4D illustrent diverses vues d'une carte à puce selon l'invention, pourvue d'un insert d'antenne simple face, pendant des phases de fraisage de la cavité et d'insertion d'un module d'épaisseur standard ; la figure 4E représente en vue de dessus le positionnement relatif des spires du concentrateur et des spires de l'antenne du module des figures 4A à 4D ; les figures SA à 5D illustrent diverses vues d'une carte à puce selon l'invention, pourvue d'un insert d'antenne à concentrateur double-face pendant des phases de fraisage de la cavité et d'insertion d'un module épais; la figure 5E représente en vue de dessus le positionnement relatif des spires du concentrateur et des spires de l'antenne du module des figures 5A à 5D ; Description détaillée
On se réfère à la figure 1 qui montre les étapes de fabrication d'une carte à puce duale pourvue d'un insert d'antenne 1 conforme à l'état de la technique. Cet insert d'antenne pourvu de spires 3 formant un concentrateur, les autres spires représentées font partie d'autres composants del'in sert, comme par exemple une antenne au format ID1. Cet insert d'antenne 1 est d'abord laminé entre des couches externes 2 de façon à obtenir un corps de carte 5 (figure1 IA). Après la lamination du corps de carte, une cavité 6 est usinée à l'aide d'une fraise 7 dans ce corps de carte 5 (figure 1B). La fraise 7 usine une portion de cavité à une profondeur P2 et une autre portion de cavité plus large, à une profondeur Pi. La profondeur P2 étant supérieure à la moitié de l'épaisseur du corps de carte 5, cet usinage traversle'in sert d'antenne 1, ce qui implique que la spire interne 3a du concentrateur 3 doit être située à une certaine distance 15 de la paroi latérale interne de la cavité usinée à la profondeur P2 (figure 1D), afin que l'usinage de la zone P2 ne détériore pas le concentrateur 3, et notamment sa spire interne 3a, lors de cet usinage.
La cavité 6 ayant été usinée, on y insère un module électronique 9 de carte à puce (figures 1C, 1D). Celui-ci comporte de façon connue un substrat 10 sur lequel sont aménagés des contacts notamment au format ISO 7816-2, et sous lequel est fixé une puce microélectronique 11, protégée par une goutte de résine d'enrobage 12. Ce module électronique 9 est fixé dans la cavité 6 à l'aide d'une couche d'adhésif 13 posée entre l'antenne 14 du module électronique 9 et le fond de la cavité 6 à la profondeur P1 (figures 1C, 1D). Comme cela apparaît plus clairement sur l'agrandissement 1D de la figure1C, la tolérance de positionnement latéral del'in sert d'antenne 1 oblige de garder une certaine distance 15 entre la spire interne 3a du concentrateur 3, et les parois internes latérales 17 de la cavité 6, afin de ne pas risquer de couper la spire interne 3a du concentrateur lors de l'usinage de la cavité 6. Cette distance 15 introduit un décalage entre les spires du concentrateur 3 et les spires de l'antenne 14 du module, qui est préjudiciable à un bon coefficient de couplage entre l'antenne 14 du module électronique et le concentrateur 3. Le positionnement des spires du concentrateur 3, en particulier sa spire interne 3a apparaît en trait plein sur la figure 1E qui est une vue de dessus (dans laquelle les contacts ISO du module ne sont pas représentés), et les spires de l'antenne 14 du module électronique sont représentées en trait interrompu.
Le problème de la création d'un décalage 15 persiste lorsqu'on remplace le module électronique standard utilisé en figure 1, par un module plus épais qui nécessite une cavité dont les profondeurs P1, P2 sont toutes deux situées au-delà de la profondeur où se situe l'insert d'antenne 1, comme visible sur la figure 2, en particulier les figures 2C et 2D.
Afin de remédier à ce problème, l'invention propose la structure et le procédé schématisés en figure 3. Comme représenté en figure 3A, on utilise une ébauche d'insert d'antenne 21a qui comporte de façon connue un concentrateur formé par ses spires 3 à sa périphérie, le centre du concentrateur étant formé dans un premier temps par une partie centrale métallique sensiblement pleine 16. La partie droite de la figure 3A représente simplement une vue de dessus de la zone du concentrateur 3, avec une partie hachurée correspondant à la future position du module 9. Une fois que l'ébauche d'insert d'antenne 21a est laminée entre les couches externes 2 du corps de carte, on usine la cavité 6 du corps de carte comme schématisé en figure 38, ce qui a pour effet d'éliminer la partie centrale pleine 16 de l'ébauche d'insert d'antenne 21a en laissant subsister au droit de la cavité 16 une spire interne 3a de concentrateur qui débouche directement dans la cavité 6, et qui affleure sur les parois internes latérales 17 de la cavité 6. On obtient alors un Insert d'antenne 21 conforme à l'invention, intégré entre les couches externes 2 du corps de carte 5. Ensuite on insère de façon connue un module électronique 9 pourvu de son antenne 14, dans la cavité. Comme visible sur la figure 3D qui représente un agrandissement de la figure 3C, et sur la vue de dessus en figure 3E, on observe qu'il n'y a quasiment plus de distance entre la spire externe de l'antenne 14 du module et la spire interne 3a de l'insert d'antenne 21 (en-dehors du très faible jeu permettant d'insérer le module 9 dans la cavité 6). En fait ces deux spires 3a et 14 sont maintenant contiguës, et simplement positionnées à des profondeurs potentiellement différentes. En tout cas, pour un module électronique 9 d'épaisseur donnée, ces deux spires sont maintenant bien plus proches que dans la configuration des figures 1 et 2, puisqu'on a éliminé la distance 15 (figure 1D) due à la tolérance de positionnement latéral de finsert dans le corps de carte. Cette proximité accrue entre les spires du concentrateur 3 et tes spires 14 de l'antenne du module électronique 9 permet d'obtenir un bien meilleur couplage entre l'antenne du module électronique et l'antenne de Unsert d'antenne. En outre, la distance entre la spire interne 3a du concentrateur 3 et la spire externe de l'antenne 14 du module est maintenant constante, pour un type de module donné.
Les figures 4A à 4D sont similaires aux figures 3A à 3D, à ceci près que te module électronique 9 utilisé est un module d'épaisseur standard, de sorte que la zone P1 de la cavité 6 ne traverse pas Unsert d'antenne 21. Comme visible sur la figure 48, dans ce cas de figure, seul l'usinage à la profondeur P2 traversel'insert d'antenne 21. Il en résulte que la spire interne 3a du concentrateur est maintenant directement en regard des spires 14 de l'antenne du module électronique, ce qui produit un couplage optimal (figure 4D). la figure 5 est similaire à la figure 3, à ceci près que l'insert d'antenne 21 compote maintenant un concentrateur à double face, dont tes spires 3,4 sont réparties de part et d'autre du substrat de Unsert. Dans ce cas cm part d'une ébauche de concentrateur 21a pourvue de deux zones centrales métalliques sensiblement pleines 16, une sur chaque face du substrat. Pour l'utilisation d'un module électronique épais, on usine alors (figure 5B) une cavité 6 dont tes deux zones P1, P2 traversent l'ébauche d'insert, ce qui élimine les zones centrales métalliques pleines 16 des deux faces de l'ébauche de concentrateur en laissant subsister sur tes parois latérales internes 17 de la cavité, des spires internes 3a, 4a (figure 5D) qui débouchent dans ladite cavité 6, ce qui minimise à nouveau la distance entre ces spires internes 3a, 4a d concentrateur double-face 3, 4 et tes spires 14 de l'antenne du module électronique, améliorant ainsi 1e couplage entre le concentrateur double-face et l'antenne 14 du module.
Avantages de l'invention
En définitive, l'invention permet d'atteindre tes buts fixés, En particulier, elle permet d'éliminer l'influence négative des tolérances de positionnement de l'insert d'antenne sur les performances de communication d'une carte à puce pourvue d'un insert d'antenne conforme à l'invention, en rapprochant les spires internes du concentrateur des spires de l'antenne du module, ce qui a pour effet une augmentation du facteur de couplage entre ces deux antennes.
En outre, la distance entre la spire interne 3a du concentrateur 3 et la spire externe de l'antenne 14 du module est maintenant constante, pour un type de module donné.
La nouvelle structure ne nécessite pas de modification importante du procédé d'assemblage des Inserts d'antenne dans les corps de carte. Seul est modifié le processus de fabrication des inserts, en utilisant une ébauche de concentrateur à partie centrale métallique sensiblement pleine avant une phase d'usinage qui élimine cette partie centrale métallique sensiblement pleine et qui finalise la géométrie du concentrateur et del'in sert d'antenne.
Ce procédé et cette configuration d'antenne concentrateur peuvent être avantageusement utilisés quelle que soit la zone P1, P2 du module qui traversel'in sert d'antenne et quelles que soient les profondeurs d'usinage de la cavité du module.

Claims

REVENDICATIONS
1. Carte à puce à fonctionnement sans contact ou à fonctionnement mixte à contact et sans contact, comportant un corps de carte à puce (5) et un insert d'antenne (21) interposé entre des couches externes (2) dudit corps de de carte à puce (5), ledit insert d'antenne (21) comportant un substrat et sur au moins une face dudit substrat, des spires d'un concentrateur (3,4) destinées à être couplées électromagnétiquement avec les spires d'une antenne (14) d'un module électronique (9) disposé dans une cavité (6) du corps de carte (5), caractérisé en ce que ledit concentrateur (3,4) comporte au moins une spire interne (3a, 4a) qui débouche dans la cavité (6) et qui affleure sur les parois latérales internes (17) de ladite cavité (6) du corps de carte à puce (5).
2. Carte à puce selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite spire interne (3a, 4a) du concentrateur (3,4) de l'inset d'antenne (21) est plus large que les autres spires du concentrateur.
3. Carte à puce selon la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur de ladite spire interne (3a, 4a) du concentrateur (3,4) est supérieure à la valeur de la tolérance de positionnement de l'insert d'antenne (21) entre les couches externes (2) d'un corps de carte à puce (5).
4. Carte à puce selon la revendication 3, caractérisé en ce que lorsque la tolérance de positionnement de l'insert d'antenne (21) dans le corps de carte (5) est inférieure à 2 mm, la largeur de ladite spire interne (3a, 4a) est supérieure à 2,2 mm.
5. Carte à puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le concentrateur (3) est une antenne simple face, dont toutes les spires sont disposées sur une seule face du substrat de l'insert d'antenne (21), et qui compote une seule spire interne (3a) débouchant dans la cavité (6) du corps de carte (5).
6. Carte à puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que te concentrateur de l'insert (21) est une antenne double face, dont les spires (3,4) sont réparties entre tes deux faces opposées du substrat de l'insert d'antenne (21) et sont connectées en série ou en parallèle par l'intermédiaire d'un via, d'une sertissure de type « crimp » ou d'une capacité, ledit concentrateur comportant deux spires internes (3a, 4a) débouchant dans la cavité (6) du corps de carte (5).
7. Insert (21) d'antenne pour une carte à puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant un substrat (1) et sur au motes une face dudit substrat, des spires d'un concentrateur (3,4) destinées à être couplées électromagnétiquement avec les spires d'une antenne (14) d'un module électronique (9) disposé dans une cavité (6) du corps de carte (5), caractérisé en ce que ledit concentrateur (3,4) comporte au moins une spire interne (3a, 4a) qui débouche dans la cavité (6) du corps de carte (5), et qui affleure sur tes parois latérales internes (17) de ladite cavité (6) du corps de carte à puce (5).
8. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des étapes consistant à :
- Réaliser une ébauche d'insert d'antenne (21a) comportant un substrat (21) possédant plusieurs spires (3,4) d'antenne en aluminium gravé et une partie centrale sensiblement pleine (16) non gravée ;
- Disposer ladite ébauche d'insert d'antenne (21a) pourvue de ses antennes (3,4) entre des couches externes (2) et les laminer ensemble pour former un corps de carte (5) ;
- Usiner une face du corps de carte (5) pour y former une cavité (6) destinée à recevoir un module électronique (9), ladite cavité (6) traversant ladite partie centrale (16) pleine de l'ébauche d'insert d'antenne (21a), de façon que ladite partie centrale (16) forme après usinage de la cavité (9) une spire interne (3a, 4a) de concentrateur qui affleure sur tes parois latérales internes (17) de la cavité (6) ; - Déposer une couche d'adhésif (13) sur la périphérie du module électronique (9);
- Reporter et fixer dans ladite cavité (6) un module électronique (9) pourvu sur sa périphérie de pistes (14) d'une antenne de module, de sorte que ces pistes d'antenne du module soient adjacentes à la piste interne (3a, 4a) du concentrateur (3,4), ou en regard de ladite spire interne (3a, 4a) du concentrateur.
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