Brevet FR2520541A1 — publié le 19830729

PROCEDE D'INSERTION D'UN CIRCUTT INTèGRE DANS UNE CARTE A MEMOTRE ET CARTE OBTENUE SUIVANT CE PROCEDE L'invention est relative aux cartes à mémoire portative du tVpe comportant un circuit intégré, et plus particulièrement à un procédé de fabrication permettant d'insérer dans le corps d'une carte une pastille de circuit intégré tout en laissant extérieurement accessibles des contacts de connexion électrique avec ce circuit. On connaît déjà des cartes à mémoire contenant un circuit électronique sous forme de circuit intégré comprenant une mémoire et des circuits de traitement de données. De telles cartes sont notamment utilisables comme cartes d'identification ou d'accès contrôlé, cartes de crédit ou de paiement, ou plus généralement, comme cartes de transactions pour la prise en compte d'opérations bancaires ou commerciales. On a déjà proposé d;insérer une pastille de circuit intégré dans une carte aux dimensions suivant la norme ISO 2894. La faible épaisseur de la carte normalisée, à savoir 0,762mm, et la fragilité des connexions attachées à la pastille du circuit intégré accroissent, en effet, les difficultés de cette insertion. En outre, les cartes peuvent être accidentellement soumises au cours de leur manipulation ou de leur utilisation, à des efforts de pression, de flexion ou de torsion imnortants, et malgré l'implantation du circuit dans une zone moins sujette aux sollicitations mécaniques, telle qu'un coin de la carte, cette aisposition ne Derme pas de soustraire totalement le montage du circuit intégré a ce genre de contraintes. Suivant un mode de réalisation connu, la pastille de circuit intégré, montée avec son réseau de conducteurs sur le substrat ou film souple déjà utilisé lors du conditionnement du circuit (suivant la technique dite TAB ou Transport Automatique sur Bande) pour faciliter sa manipulation, est logée dans une cavité, ##embossage de la carte ou fenêtre percée dans celle-ci, qui est fermée par un couvercle, le substrat du circuit étant collé ou soudé h la carte. Les Dlages de contact permettant de connecter le circuit à un dispositif d'exploitation lecteur de cartes, sont alors accessibles au travers d'évidements dans la carte. Suivant un autre mode de réalisation connu, , la pastille de circuit intégré est enfermée dans un élément support cylindrique rigide qui, à son tour, est logé avec un espace libre annulaire dans une fenêtre également cylindrique de dimensions un peu supérieures prévues dans la carte et maintenue dans ce logement par l'intermédiaire des feuilles de revêtement souples des faces inférieure et supérieure de la carte de manière à réaliser un montage flottant. Ces modes de réalisation connus ont tous des inconvenients. Le premier nécessite, pour loger le circuit dans la carte, soit la présence d'un embossage, ce qui limite le choix de son emplacement à la zone réservée à des indications en relief, soit la création d'un trou et l'obturation de celui-ci par un couvercle, ce qui crée à la surface de la carte des surépaisseurs ou des discontinuités à l'origine de fissures. Dans le second mode de réalisation rappelé ci-dessus, le support renfermant le circuit n'est pas en contact direct avec le corps de la carte lui-même, mais avec des feuilles de revêtement souple.Du fait de la différence de raideur des matériaux employés, les bords du support relativement rigide provoquent, à la suite de flexions répétées de la carte, une détérioration progressive des feuilles de revêtement qui ont alors tendance à se fissurer et à ne plus assurer le maintien en glace du support, ni l'étanchéité. t' invention a pour objet un procédé d'insertion d'un circuit intégré dans une carte de dimensions normalisées qui permet d'obtenir une carte à mémoire ayant le même aspect général qu'une carte de crédit habituelle, à 1 exception de la présence des plages de contact électriques, sans présenter les inconvénients de la technique antérieure rappelés ci-dessus. Le procédé selon l'invention envisage d'insérer dans la carte le circuit intégré directement monté sur son film support en noyant l'ensemble dans un matériau d'enrobaqe électriquement isolant. Celui-ci constitue un matelas élastique jouant un rôle protecteur et amortisseur contre les agents extérieurs et les sollicitations mécaniques auxquelles la carte peut être soumise ans ses conditions d'utilisation. Suivant l'invention, le procédé d'insertion dans une carte à mémoire d'un ensemble formé d'un circuit intégré et d'un film support portant des plages de contact métalliques reliées par un réseau de connexions aux bornes dudit circuit, dans lequel cet ensemble est noyé, à l'exception des plages de contact, dans un matériau d'enrobage élastique électriquement isolant, ladite carte comportant une plaque centrale disposée entre deux feuilles de revêtement, l'une de ces feuilles étant percée d'ouvertures en coïncidence avec lesdites plages de contact, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes a) réaliser sur une face de la plaque centrale un évidement destiné à recevoir l'ensemble enrobé b) placer dans cet évidement ledit ensemble et le matériau d'enrobage de telle sorte que le matériau d'enrobage et les plages de contact affleurent la surface de la plaque centrale et appliquer sur ladite face de la plaque centrale, la feuille de revêtement percée d'ouvertures en la disposant pour que celles-ci coïncident avec les plages de contact: c) appliquer sur l'autre face de la plaque centrale l'autre feuille de revêtement et effectuer un pressage à chaud de la carte ainsi constituée à une température suffisante pour souder les feuilles de revêtement sur la plaque centrale. La formation de l'évidement dans la nlaque centrale de la carte, en égard à l'épaisseur de celle-ci de l'ordre de 500ex, est une opération délicate. Cet évidement peut être obtenu par fraisage, sar emboutissaqe ou encore en formant la plaque par superposition d'au moins deux plaques de moindre épaisseur présentant des ouvertures en recouvrement. Suivant un premier mode opératoire, le matériau d'enrobage est une résine plastique polymérisable apte à se souder à froid aux matériaux constituant la plaque centrale et les feuilles de revêtement, avec l'aide éventuelle d'aqents physiques de polymérisation, tels que rayonnement ultra-violet, etc... Suivant un autre mode oparatoire. le matériau d'enrobaqe est un matériau thermofusible ayant la propriété d'être refusionné à la température de l'opération de pressaqe de la carte et l'ensemble du circuit et de son film support est préalablement enrobé dans ce matériau dans un moule comportant une empreinte de même forme que l'évidement de la plaque centrale. Le moule dans lequel l'ensemble est ainsi surmoulé peut être un moule indépendant ou formé partiellement par l'évidement lui-même de la plaque centrale. L'ensemble surmoulé transporté, ou déjà placé, dans l'évidement avec les plaqes de contact affleurant la surface de la plaque centrale, la feuille de revêtement percée d'ouvertures est ensuite mise en place avec ses ouvertures coïncidant avec les plages de contact, et l'autre plaque de revêtement placée contre l'autre face de la place centrale. Par pressage à chaud entre deux plateaux chauffants, on réalise d'une part la refusson de la matière thermofusible et son adhérence à la feuille de revêtement adjacente, d'autre part le soudage des feuilles de revêtement avec la plaque centrale. L'invention a également pour objet une carte à jné- > ire obtenue suivant le procédé précédent, colportant une plaque centrale disposée entre deux feuilles de revetement extérieures et un ensemble forme d'un circuit intégré et d'un film supoort portant des plages de contact méta3#Iiques, reliées aux bornes de ce circuit , par un réseau de connexions et affleurant la surface de la carte elle est caractérisée en ce que ladite plaque centrale comporte un évidement intégralement rempli d'un matériau élastique à l'intérieur duquel est enrobé ledit ensemble. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre en relation avec les dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs illustrant le procédé suivant l'invention sur ces dessins la fig.l montre une vue de dessus d'une carte à circuit enrobé conformément à l'invention ; la fig 2 est une coupe transversale à olus qrande échelle suivant un plan 2-2 à travers 11 ensemble enrobé la fig.3 montre le circuit intéqré monté sur son film support avant insertion dans la carte la fig.4 montre le montage précédent nové dans le matériau d'enrobage la fig.5 est le schéma d'un moule indépendant pour le surmoulage préalable de l'ensemble à enrober. la fig.6 montre schématiquement l'opération de moulage préalable directement dans la carte même. En se référant aux fig i et 2 on voit une carte 10 obtenue suivant le procédé de l'invention; qui présente sur sa face suDérieure une série de plages de contact métalliques 11 situées dans le coin supérieur gauche de la carte, en un emplacement soumis à des moindres sollicitations mécaniques.La carte 10 satisfait aux caractéristiques dimensionnelles de la norme précitée et est composée de trois feuilles de chlorure de polyvinyle (PVC) à savoir une plaque ou âme centrale 12 d'épaisseur de l'ordre de 550#m, qui peut être elle-même formée de plusieurs feuilles d'épaisseur moindre, comme il sera expliqué plus loin, revêtue sur ses deux faces de deux feuilles minces de PVC transoarent, une supérieure 13, une inférieure 14, d'épaisseurs respectives de l'ordre de 100Vtm. La carte présente de façon habituelle des indications inscrites par ex. sous forme d'embossages, ainsi qu'une Diste magnétique sur sa face inférieure qui n'ont pas été représentées et sont indifférentes au regard de l'invention. Dans la plaque 12, est ménagé un évidement 15 formé, dans l'exemple représenté, de deux cavités circulaires co-axiales 15A et 15R de diamètres différents. A l'intérieur de cet évidement 15, est logé un ensemble représenté fig.3, comprenant une pastille de circuit intégré 16, montée à l'intérieur d'une fenêtre 19 sur un film support 17 en matière souple (TAB), par exemple en polyimide vendu sous la marque KAPTON par la société DUPONT DE NEMOURS ou en polyester vendu par la Société Rhône Poulenc, d'épaisseur de l'ordre de 125ex. Le film 17 porte les plages de contact 11 (visibles sur la fig.l) qui sont reliées aux bornes du circuit 16 par un réseau de connexions 18. Le circuit 16 ainsi que ses connexions 18 est incorporé dans l'évidement 15 de la carte 10 avec le film 17 au moyen d'un matériau d'enrobage protecteur 20.Le matériau utilisé tour cet enrobage possède des propriétés électriquement isolantes, mais aussi des propriétés mécaniques telles qu'il constitue un matelas élastique amortisseur protégeant le circuit et ses connexions contre les sollicitations mécaniques auxquelles la carte est soumise au cours de sa fabrication, et dans les conditions d'utilisation. L'enrobage doit aussi adhérer à l'ensemble des constituants, de façon à assurer une bonne répartition et un amortissement des pressions et contraintes locales. L'évidement 15 est dimensionné de façon à loger le circuit 16 et le matériau d'enrobage 20 en quantité suffisante pour qu'il remplisse les fonctions précédentes, et le film 17 est disposé de manière que les plages de contact 11 réalisées à sa surface, affleurent la surface de la plaque centrale 12. Pour que les plaies de contact 11 restent accessibles aux broches de contact du lecteur de cartes exploitant les données mémorisées dans la carte, la feuille de revêtement supérieure 13 est percée de petites ouvertures 21 venant en coïncidence avec les plages 11. On va maintenant exposer en détail le procédé permettant, suivant l'invention, de réaliser l'insertion de la pastille de circuit intégré à l'intérieur d'une telle carte de dimensions normalisées. Partant de la plaque centrale 12, la première opération consiste à réaliser dans celle-ci l'évidement 15 destiné à loqer l'ensemble des éléments 16-18 enrobé dans le matériau 20 ; cet ensemble enrobé est représenté isolé à la fig.4. L'évidement 15 peut être exécuté de différentes manières : par fraisage, ce qui représente une -opération délicate compte tenu de la profondeur des cavités à creuser ; par emboutissage de la plaque 12 ; en variante, l'évidement 15 est obtenu par superposition et collage de plusieurs feuilles élémentaires 12A, 12B, 12C, les feuilles 12A et 12B étant percées d'orifices poinçonnés aux dimensions voulues et superposées pour que l'assemblage des feuilles 12A, 12B, 12C, forment l'évidement cherché, avec la feuille 12C obturant la base de la cavité ouverte. Une autre méthode de réaliser des évidements en grande série dans les plaques 12, consisterait à les prévoir en fabrication au stade du laminage de la feuille en PVC, chaque feuille regroupant plusieurs dizaines de plaques centrales prévues avec un évidement propre. L'évidement 15 obtenu dans la plaque 12 suivant l'une des manières précédentes, l'opération suivante consiste à y placer l'ensemble du circuit 16 monté sur son film support 17 et le matériau d'enrobage 20 de manière que les plages de contact affleurent la surface de la plaque 12, ou en léqer dénivellement par rapport à celle-ci. La réalisatiovn de cet enrobage peut être obtenus par l'une des deux méthodes suivantes : suivant une première méthode, on place l'ensemble du montage représenté à la fig.3 dans l'évidement 15, et on coule dans l'espace libre restant une résine polymérisable apte à se souder à froid au PVC, ou à tout autre matériau constitutif de la carte 10. jusqu'à remplissage de l'évidement 15. On dispose ensuite la feuille de revêtement 13 par dessus pour fermer la cavité en veillant à faire coïncider les ouvertures 21 avec les plages de contact Il. La polymérisatîon de la résine, au bout d'un certain laps de temps, provoque la solidification de l'enrobage 20 et sa solidarisation avec les parois de la cavité 15. Comme résine polymérisable, on peut avantageusement utiliser par exemple un mélange de#polyuréthane/epoxy fabriqué par la firme Hexel, ou une résine eooxy présentant les propriétés mécaniques indiquées plus haut et un testes de polymérisatxon pas trop important. Pour achever la fabrication de la carte, il reste encore à faire adhérer avec la plaque centrale 12, d'une part la feuille 13 sur le reste de la carte extérieur à la zone de l'évidement 15, d'autre part la feuille de revêtement inférieure 14. Ceci est réalisé par pressage des trois éléments 13, 12 et 14 à une température par exemple de l'ordre de 1250C, et dans des conditions de pression et de durée suffisantes pour que le PVC des feuilles 12, 13 et 14 se soude par ramollissement. mais insuffisantes pour entraîner une destruction de l'enrobage 20 et du support 17.Afin d'empêcher le PVC et le matériau d'enrobage de recouvrir partiellement les plages de contact 11 lors de l'application de la feuille de revêtement 13, ce qui entrainerait une opération supplémentaire de nettoyage pour rendre les contacts accessibles, il peut être accessoirement prévu dans les ouvertures 21 de la feuille 13, de placer des petits pistons rétractables assurant un recouvrement protecteur provisoire de ces plages. L'ensemble ainsi enrobé, normalement visible à travers le PVC transparent de ,la feuille de revêtement 13, peut être masqué par une impression effectuée sur la face inférieure de la feuille 13, par exemDle par sérigraphie, préalablement à son application contre la plaque 12.Eventuellement une opération supplémentaire de découpage de la carte aux dimensions de longueur et largeur normalisées est effectuée si nécessaire, en cas de fluage du PVC lors de l'opération de pressage de la carte. Une seconde méthode d'enrobage consiste à réaliser un moulaqe préalable de l'ensemble enrobé tel que représenté à la fig.4, en un matériau thermofusible ayant la propriété d'etre refusionné à chaud, notamment à la température à laquelle s'effectue l'opération de Dressage de la carte. Un tel matériau thermofusible est par exemple un acétate de vinyle dans l'éthylène (base LEVA), un polyamide ou un polyester. Le moule dans lequel le moulage préalable est effectué comporte une empreinte de même forme que l'évidement 15 dans la carte 10. Ce peut être un moule auxiliaire indépendant 30, par exemple du genre représenté à la fig.5 : il est dans ce cas constitué par un cylindre annulaire 31 dans l'alésage duquel sont disposés un piston 32 formant le fond du moule et un tête d'injection 33 fermant le moule à sa partie supérieure, à travers laquelle passe un canal d'admission 34 du matériau d'enrobaqe.Ce moule auxiliaire est en un matériau, ou a ses parois revêtues d'un matériau, qui n'adhère pas au matériau d'enrobaqe, par exemple en oolytétrafluoréthylène connu sous la marque TEFLON Le montage de la fig.3 étant placé dans le moule 30, l'enrobage représenté à la fiv.4 est en premier lieu fabriqué dans ce moule sar injection du matériau thermofusible à une température de l'ordre de 1500C. Il en est ensuite extrait et Dlacé dans l'évidement 15 de la plaque centrale qui va constituer, avec la plaque de revêtement supérieure 13, pour ce prémoulage, le moule définitif dans lequel ie matériau thermofusible va être fusionné à nouveau.Cette opération de refus ion est effectuée au cours du pressage à chaud de la carte qui solidarise la plaque centrale 12 avec les deux feuilles de revêtement 13 et 14, et qui provoque aussi l'adhérence de l'enrobage avec les parois de la cavité 15 qui l'entourent. Le mode opératoire de principe précédent fait intervenir un moule indépendant qui nécessite une opération de déplacement de l'ensemble surmoulé depuis le moule dans l'évidement de la plaque centrale de la carte. Dans une fabrication en série, l'opération de surmoulage précédente peut être exécutée dans un premier poste directement sur le film (TAB) supportant encore en continu les Dastilles de circuits intégrés avant son découpage en éléments individuels La découpe du film portant les circuits ainsi surmoulés est ensuite effectuée dans un autre poste de mise en' place de chaque circuit enrobé dans l'évidement de sa carte respective. Ce mode opératoire a néanmoins le désavantage de nécessiter une grande précision dans l'exécution de l'évidement dans la carte et le dosage du volume de matériau d'enrobage si on veut éviter que se produisent des poches d'air ou des débordements par manque ou par excès de matériau d'enrobage lors de la refusion dans l'évidement de la carte. Une autre solution plus avantageuse consiste à effectuer. le moulage préalable in situ directement dans l'évidement 15. La fig.6 montre schématiquement l'exécution de ce surmoulaqe. Le montage du circuit intégré, découpé comme sur la fig.3, est dans ce cas placé dans l'évidement 15 de la plaque centrale 12. Le moule constitué partiellement par 1 # évl'évidement 15 est fermé à sa partie supérieure par la tête d'injection amovible 35 à travers laquelle passe le canal d'admission 36 du matériau d'enrobage thermofusible. L'opération de surmoulage terminée, la tête d'injection 35 est écartée et une opération de refus ion du matériau thermofusible est effectuée comme précédemment lors du pressage à chaud de la carte. Cette dernière méthode peut aussi être appliquée à une fabrication de cartes en série selon le processus suivant on fait défiler les unes en dessous des autres : d'une part des plaques centrales présentant l'évidement destiné au logement de l'ensemble enrobé, d'autre part le film (TAB) porteur des circuits intégrés avec leur réseau de connexions. Dans un premier poste de découpe, le film passe sous un outil de découpe qui détache un montage du genre représenté à la fig.3, ce montage étant guidé pour venir prendre place dans l'évidement de la plaque centrale correspondante en défilement. Celle-ci est ensuite dirigée sur un poste de surmoulage dans lequel est exécutée l'opération d'enrobage du montaqe du circuit intégré. La plaque munie de son ensemble enrobé est alors dirigée sur un poste d'assemblage dans lequel on lui applique de part et d'autre les deux feuilies de revêtement en PVC transparent, et enfin sur un poste de pressage à chaud où s'osèrent le soudage des feuilles de revêtement ainsi que la refus ion du matériau d'enrobaqe. Un poste final de découpe peut être prévu pour exécuter le détouraqe de la carte aux dimensions normalisées. REVENDICATIONS 1. Procédé d'insertion dans une carte à mémoire d'un ensemble formé d'un circuit intégré et d'un film support portant des plages de contact métalliques reliées par un réseau de connexions aux bornes dudit circuit, dans lequel cet ensemble est noyé, à l'exception des plages de contact, dans un matériau d'enrobage élastique électriquement isolant, - ladite carte comportant une plaque centrale disposée entre deux feuilles de revêtement, l'une de ces feuilles étant percée d'ouvertures en coïncidence avec lesdites plages de contact, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les opérations suivantes a) réaliser sur une face de la plaque centrale un évidement destiné à recevoir l'ensemble enrobé b) placer dans cet évidement ledit ensemble et le matériau d'enrobage de telle sorte que le matériau d'enrobage et les plages de contact affleurent la surface de la plaque centrale, et appliquer sur ladite face de la plaque centrale, la feuille de revetement percée d'ouvertures en la disposant pour que celles-ci coïncident avec les plages de contact c) appliquer sur l'autre face de la plaque centrale l'autre feuille de revêtement et effectuer un pressage à chaud de la carte ainsi constituée à une température suffisante pour souder les feuilles de revêtement de la plaque centrale. 2. Procédé d'insertion suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit évidement dans la plaque centrale est réalisé en formant ladite plaque par superposition et collage d'au moins deux plaques de moindre épaisseur présentant des ouvertures en recouvrement. 3. Procédé d'insertion suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau d'enrobage est une résine plastique polymérisable apte à se souder à froid aux matériaux constituant la plaque centrale et les feuilles de revêtement. 4. Procédé d'insertion suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau d'enrobage est un matériau thermofusible avant la propriété d'être refusionné à la température de l'opération de pressage de la carte et que ledit ensemble est préalablement enrobé dans ce matériau, dans un moule comportant une empreinte de même forme que ledit évidement de la plaque centrale. 5. Procédé d'insertion suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'opération d'enrobage préalable de chaque ensemble est effectuée sur le film support en continu avant son découpage en éléments individuels. 6. Procédé d'insertion suivant la revendication 4, caractérisé en ce que ledit moule est formé partiellement par l'évidement de la plaque centrale de la carte. 7. Procédé d'insertion suivant la revendication 6. caractérisé en ce que ledit moule est fermé à sa partie supérieure par une tête d'iniection amovible du matériau d'enrobage. 8. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel on utilise des feuilles de revêtement transparentes, caractérisé en ce que l'on effectue sur la face interne de la feuille de revêtement percée d'ouvertures une impression dans là zone de l'évidement pour masquer ce dernier. 9. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on protège temporairement lesdites plages de contact contre un recouvrement par l'enrobage pendant qu'on applique la feuille de revêtement percée d'ouvertures contre a plaque centrale. 10. Carte à mémoire obtenue suivant le procédé de l'une des revendications précédentes, comportant une plaque centrale disposée entre deux feuilles de revêtement extérieures et un ensemble formé d'un circuit intégré et d'un film support portant des plages de contact métalliques, reliées aux bornes de ce circuit par un réseau de connexions et affleurant la surface de la carte, caractérisée en ce que ladit plaque centrale comporte un évidement intégralement rempli d'un matériau élastique à l'intérieur duquel est enrobé ledit ensemble.