Brevet FR2769440A1 — publié le 19990409

Procédé pour la fabrication d'un dispositif électronique à puce et/ou à antenne et dispositif obtenu par le procédé. La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un dispositif électronique à puce et/ou à antenne1 tel qu'une carte à puce sans contact ou hybride ou étiquette, ledit dispositif électronique comportant au moins une feuille de décoration ayant une face externe apparente et au moins une interface comportant une antenne. Les cartes à puce comprennent généralement, une puce ou un module à puce qui est compris au moins partiellement dans un substrat isolant par exemple une couche de matière thermoplastique et qui est relié à une antenne plane constituant une interface, deux feuilles externes de décoration en matière thermoplastique disposées chacune sur une face de la carte à puce et qui peuvent présenter des inscriptions ou des logos. Le cas échéant, un film de protection (overlay) tel qu'un vernis recouvre les feuilles externes. Actuellement, les antennes utilisées pour les cartes sans contact sont essentiellement de deux types ci-après. Selon un premier type, les antennes sont réalisées sur une feuille support spécifique intermédiaire par gravure de cuivre selon la technique des circuits imprimés. Elle est ensuite insérée entre une feuille externe de décoration et la puce ou module. La carte à puce est généralement obtenue par une opération de laminage ou d'injection au cours de laquelle les différentes feuilles en matière thermoplastique sont soudées ou collées entre elles et/ou avec le substrat. Cette feuille intermédiaire support d'antenne entraîne une épaisseur supplémentaire d'environ 130 microns1 ce qui pose des problèmes pour respecter l'épaisseur maximale de 840 microns fixée par la norme ISO. Par ailleurs1 la réalisation de l'antenne sur la feuille support intermédiaire constitue une étape supplémentaire de fabrication, ce qui augmente le coût de fabrication tant du point de vue de la matière que du point de vue du temps. En outre, il subsiste le fait que la gravure de l'antenne de cette manière s'avère assez onéreuse. Selon un second type, les antennes sont des bobinages de fil de cuivre en l'air, à l'extrémité desquels sont connectés des puces ou des modules. L'ensemble bobine et module ou puce est appelé transpondeur. Pour fabriquer la carte, le transpondeur est inséré entre au moins deux feuilles thermoplastiques ou deux feuilles thermoplastiques et noyé dans une colle, puis le tout est laminé. La difficulté d'emploi de ces transpondeurs pour la fabrication des cartes du type sans contact provient des problèmes de manipulation rencontrés pour la préhension et la dépose précise des transpondeurs sur les feuilles plastiques. Les temps de cycle de fabrication se retrouvent pénalisés par ce problème. Le problème à la base de l'invention est de réaliser une carte à puce sans contact ou hybride plus économique tout en étant performante. Parmi, les techniques de réalisation d'antenne, on connaît la sérigraphie d'encre conductrice notamment sur circuit imprimé en époxy, toutefois cette technique n'est pas adaptée au domaine des cartes à puce en particulier sans contact. II se pose en effet, après essais par les inventeurs, des problèmes liés au séchage de l'encre et des problèmes d'ondulation des feuilles supports. Les encres disponibles sèchent à environ 1 50 C ce qui est incompatible avec les matériaux couramment utilisés dans le domaine de la carte à puce tels le PVC, ABS qui ont une température de ramollissement d'environ 60 C.. D'autres matériaux tels que le PC et PET ont une température de ramollissement plus élevée d'environ 1200 C à 1300 C qui est encore inférieure à la température de séchage optimal des encres. Ces matériaux sont par contre plus onéreux que les précédents. La sérigraphie sur des feuilles ou films minces inférieure d'environ 600 pm sur les matériaux des cartes à puces pose également des problèmes d'ondulation de leur surface visibles à l'oeil nu. On peut en effet observer des ondulations au verso d'une telle feuille en dessous des spires et qui constituent un défaut d'aspect. D'autre part, pour obtenir des antennes par sérigraphie qui soient performantes, il est nécessaire d'avoir la meilleure conductivité possible notamment par l'emploi de spires larges et à condition d'avoir un bon séchage. Le problème supplémentaire se pose lorsque l'on sait que la surface disponible pour une antenne sur une carte à puce est limitée en raison d'une surface d'embossage réservée. En outre, les encres, une fois séchées, ne présentent pas toutes une tenue en flexion suffisante compatible avec les normes en vigueur sur les cartes à puce. En raison des difficultés ci-dessus, la tendance n'est pas d'utiliser la sérigraphie dans le domaine de la carte à puce notamment pour réaliser des circuits conducteurs de bonne conductivité sur des films minces tels que des antennes. L'invention a donc pour objectif de pallier aux inconvénients ci-dessus pour réaliser un dispositif électronique à puce et / ou à antenne économique. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé pour la fabrication d'un dispositif électronique à puce et/ou à antenne, tel qu'une carte à puce sans contact ou hybride ou étiquette, ledit dispositif électronique comportant au moins une feuille de décoration ayant une face externe apparente et au moins une interface comportant une antenne ledit procédé comportant l'étape suivante selon laquelle on réalise l'antenne sur une face de la feuille de décoration, opposée à la face externe apparente, par sérigraphie d'une encre conductrice. Cela permet de simplifier le cycle de fabrication réduisant ainsi le coût de fabrication. En outre, grâce à l'invention, la suppression de la feuille support intermédiaire permet de réduire notablement llépaisseur de la carte et/ou de réserver de l'espace pour loger des puces ou modules de plus grande épaisseur. Selon une autre caractéristique de I'invention, la feuille comporte une pré-impression graphique et/ou un film de protection transparent sur sa face externe apparente. Ceci permet de simplifier l'opération d'impression puisqu'elle est réalisée sur la feuille de décoration et non sur l'ensemble de la carte à puce, évitant ainsi des frais importants relatifs aux rebuts d'impression Selon une autre caractéristique, pour réaliser l'antenne sur ladite feuille de décoration le procédé comprend les étapes suivantes: - on fournit une feuille support fine en matériau ayant une température de ramollissement ou de dégradation inférieure à une température de séchage optimal de l'encre, - on fournit une encre conductrice comportant un taux de particules métalliques compris entre environ 60% et 95 % dans une matrice polymère et un solvant, ladite encre ayant une température de séchage optimal prédéterminé, - après sérigraphie de ladite encre sur ladite feuille support, on effectue un séchage partiel de l'encre à une température inférieure à ladite température de séchage optimal de l'encre. L'encre comporte de préférence des particules d'argent à un taux compris entre 70% et 85%. On peut ainsi obtenir une antenne aux performances acceptables par sérigraphie sur des matériaux du domaine de la carte à puce sans les altérer par l'étape de séchage. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, I'on réalise simultanément plusieurs antennes sur une feuille de décoration de base. Cette feuille est ensuite découpée pour obtenir les différentes feuilles de décoration avec leur antenne. On peut ensuite réaliser l'assemblage de la carte à puce. La réalisation simultanée de plusieurs feuilles de décoration permet de réduire encore le temps de fabrication et le prix de revient. Avantageusement, la table de la machine de sérigraphie est soumise à un traitement de lissage de surface, tel qu'une anodisation ou un revêtement avec du Téflon. Cette disposition permet d'éviter la formation de rayures sur la face imprimée de la feuille de décoration. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, on fait passer la feuille sérigraphiée dans un four de séchage. permettant ainsi d'éliminer le solvant et d'obtenir un ruban conducteur solide formé de particules conductrices et d'un liant. Avantageusement, on introduit simultanément une plaque de protection entre le tapis maillé du four de séchage et la feuille sérigraphiée. Ceci permet d'isoler la face externe de la feuille de décoration et de la protéger contre les rayures ou analogues. On peut également, à cet effet, utiliser un tapis maillé en matière plastique, un tapis maillé traité, par exemple en inox ou des ceintures en ruban plastique. L'invention a également pour objet un dispositif électronique à puce et/ou à antenne, tel qu'une carte à puce sans contact ou hybride ou étiquette obtenu par le procédé selon l'invention. II se distingue principalement en ce qu'il comporte une antenne réalisée par sérigraphie sur le verso non apparent d'une feuille de décoration. Selon une caractéristique, L'antenne comporte des spires d'inégales largeurs entre ses extrémités de connexion. Cela permet d'augmenter ou de compenser une insuffisance de conductibilité d'une l'encre conductrice sans introduire d'inconvénients supplémentaires notamment de séchage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, faite à titre illustratif et nullement limitatif, en se référant aux dessins ci-annexés sur lesquels: la figure 1 représente en coupe verticale une carte à puce de type connu, la figure 2 représente en coupe verticale une carte à puce selon la présente invention, les figures 3 et 4 représentent respectivement le recto et le verso d'une feuille de base avant l'opération de sérigraphie, la figure 5 représente le recto de la feuille de base après l'opération de sérigraphie, et la figure 6 est une vue de profil correspondant à la figure 5. On voit sur la figure 1, une carte à puce du type "sans contact" comportant une antenne plane constituant une interface sans contact. Elle comprend essentiellement un substrat 10 tel qu'une couche en matière isolante, dans lequel est noyé une puce ou un module 12 qui est connecté à une antenne 14 qui est réalisée sur une feuille support intermédiaire 16. L'ensemble est protégé par deux feuilles externes thermoplastiques de décoration 18 et 18'. Le cas échéant, un film de protection transparent peut recouvrir les feuilles externes. L'épaisseur du substrat 10 avec la puce ou module 12 est, par exemple, d'environ 400 microns, I'épaisseur des feuilles externes de décoration 18 et 18' est d'environ 200 microns et celle de la feuille intermédiaire 16 avec l'antenne 14 d'environ 130 microns. L'épaisseur moyenne de l'ensemble est de 800 microns, conformément à la norme ISO. On a représenté sur la figure 2, toujours en coupe longitudinale, une carte à puce selon la présente invention On retrouve le substrat 10 avec sa puce ou module 12 et les feuilles de décoration 18 et 18'. Conformément à l'invention, L'antenne 14 est réalisée sur la face intérieure d'une des feuilles de décoration 18, respectivement 18'. Ceci permet tout d'abord un gain d'épaisseur d'environ 150 microns. On peut donc ainsi fabriquer, par exemple, des cartes à puce d'épaisseur inférieure à 800 microns si on le désire. Par ailleurs, il y une feuille de moins à indexer, ce qui entraîne un gain en matière et en temps pour le prix de revient. Dans le cas de cartes à puces sans contact, cela supprime l'opération de double dépôt (dispense) de matière sur les deux faces de la feuille intermédiaire ou de perçage de la feuille intermédiaire pour permettre le fluage de la résine à travers cette feuille. II en résulte un gain important supplémentaire sur le temps de cycle. Grâce à l'invention, on peut réduire l'épaisseur de la carte au niveau de la puce ou du module pour une carte sans contact ; I'interface entre la puce ou le module et l'antenne est plus éloignée du centre de la carte à puce, par conséquent, pour une épaisseur égale de la puce ou du module, I'épaisseur de la carte dans cette zone sera mieux contrôlée. En particulier, les points durs de la carte seront plus éloignés des feuilles extérieures de décoration. L'invention permet aussi d'utiliser des puces ou modules plus épais et, par suite, par exemple, de supprimer une opération de réduction d'épaisseur (bacitlap), par exemple par fraisage. Enfin, I'invention permet d'éviter les défauts d'impression dans le cas où la feuille de décoration n'est pas préimprimée, mais fournie blanche et imprimée après la fabrication de la carte. Avantageusement, comme représenté sur les figures 3 à 6, on réalise simultanément plusieurs feuilles supports d'antenne, par exemple trois, sur une feuille thermoplastique de base 20 qui comporte sur sa face extérieure 22 trois logos 24 préimprimés et sur la face intérieure 26 de laquelle on réalise trois antennes 28 par sérigraphie. Cette feuille de base est ensuite découpée pour obtenir trois feuilles de protection supports d'antenne. Ceci permet de réduire le coût de fabrication, en particulier en supprimant des opérations de mise en place de feuilles de décoration préimprimées. Procédé de mise en oeuvre de l'invention. Selon l'invention, la fabrication d'un dispositif électronique à puce et/ou à antenne, tel qu'une carte à puce sans contact ou hybride ou étiquette, comportant au moins une feuille de décoration ayant une face externe apparente (18, 18'), et au moins une interface comportant une antenne (14, 28) comporte l'étape suivante essentielle. Selon cette étape on réalise l'antenne sur une face de la feuille de décoration, opposée à la face externe apparente, par sérigraphie d'une encre conductrice. Le procédé peut comporter en outre une étape selon laquelle on dispose au moins une couche de matière isolante sur ladite face opposée de manière à recouvrir l'antenne au moins en partie. La couche de matière isolante peut être réalisée de diverses manières et notamment par une opération de laminage à chaud ou à froid d'une seconde feuille ou par injection ou pulvérisation. L'interface constituée par au moins une antenne et/ou des contacts peut être connectée à une puce ou un module à puce préalablement ou postérieurement à la réalisation de la couche de matière isolante. Dans ce dernier cas, les connexions de l'antenne peuvent être accessibles par une réservation d'accès soit par un usinage d'un accès. La feuille de décoration comprend un matériau polymère mais peut éventuellement être réalisée sur tout autre matériau altérable ou déformable tel une feuille de papier. Dans un exemple de mise en oeuvre du procédé, on imprime trois logos 24 sur la face arrière de la feuille thermoplastique de base 20; Cette impression peut éventuellement être protégée par une opération de laminage d'une couche de protection (overlay) ou par application d'un vernis. Bien entendu, si l'on veut fabriquer des cartes à puce "blanches" sans impression, cette première opération est supprimée. Dans l'exemple, on passe ensuite à la réalisation des antennes. La feuille préimprimée est placée sur la table d'une machine de sérigraphie, par exemple, de type MPM, avec sa face imprimée contre la table. Pour éviter la formation de rayures sur le verso imprimé, on fait subir à la table un traitement permettant d'adoucir la surface de la table en supprimant les aspérités; on peut, par exemple, réaliser un traitement par anodisation ou un revêtement avec du Téflon. Par ailleurs, la table de la machine de sérigraphie est munie de pions d'indexation rapide qui limitent le glissement de la feuille sur la surface de la table. Pendant le cycle de sérigraphie, de'l'encre conductrice est transférée de la surface de l'écran à la feuille de décoration selon le motif de l'antenne, par exemple, en spirale "carrée" comme représenté sur la figure 5. Lors de cette phase de sérigraphie, pour des résultats optimaux, il est recommandé de contrôler des paramètres sérigraphiques susceptibles d'agir plus ou moins sur la qualité, tels que - le hors contact entre l'écran et la feuille de décoration, - la vitesse de la sérigraphie, - la pression de la sérigraphie, - la nature et la configuration de l'écran de sérigraphie, (des écrans maillés par exemple en fils inox sont recommandés), - la nature et la géométrie des racles de la machine de sérigraphie, par exemple en utilisant des racles en polyuréthanne. Les dimensions de l'écran de sérigraphie, par exemple un écran de sérigraphie toilé, déterminent le nombre d'antennes pouvant être réalisées sur une même feuille de base 20. Après l'étape de sérigraphie, on extrait l'ensemble de la feuille avec l'encre liquide de la machine de sérigraphie et on le transfère dans un four de séchage, tel qu'un four connu sous la dénomination commerciale OPTIMA. Lors du passage dans le four, le solvant contenu dans l'encre conductrice s'évapore et l'antenne prend une forme solide formée de particules conductrices et d'un liant. Les paramètres du séchage susceptibles d'influer sur le résultat sont la température des différentes zones du four, la durée du séchage et le flux d'air ou d'azote injecté dans le four. La reproductibilité des antennes aux propriétés recherchées sans déformation de la feuille' de décoration lors du séchage dépend des paramètres ci-dessus. La déformation peut être induite par une température trop élevée ou un retrait trop important de l'encre. Le tapis maillé du four est isolé de la feuille de décoration par une plaque de protection plastique introduite dans le four en même temps que les feuilles de décoration. Cette plaque de protection protège des rayures la face imprimée de la feuille de décoration. On peut aussi, pour réaliser cette protection, équiper le four de séchage d'un tapis maillé en matière plastique ou traité ou encore des ceintures en ruban plastique. La fabrication se continue ensuite de manière connue pour la fabrication d'une carte sans contact ou hybride. On réalise une connexion solide de la puce ou module 12 avec l'antenne 14 sans déformer ni endommager la face imprimée de la feuille de décoration. La dernière opération est un assemblage de carte à puce par laminage à froid ou à chaud ou par injection dans des conditions qui ne font pas ressortir la trace de l'antenne sur la face imprimée de la feuille de décoration qui devient une face visible de la carte finale. De bons résultats exempts d'ondulations ont été obtenus avec les conditions opératoires ci-après sur des feuilles en PVC ou ABS ou même en papier: - Encre: référence D5028 ou E520 de la Société Dupont de Nemours. - Température de séchage optimal de l'encre: 150 "C. - Température du four: 50 à 80 "C. - Durée de séchage : 3 à 10 mn. Le procédé trouve son intérêt de préférence sur des feuilles d'épaisseur inférieure à 600 pm. Dé bons résultats ont été obtenus sur des films polymères très minces d'épaisseur allant de 100 pm à environ 15 um. Dans le cas de feuille ou film en PC ou PET, la température du four peut être comprise entre 1200C et 1300C. Pour respecter une zone de la carte réservée à un embossage tout en conservant la performance de l'antenne liée à sa conductivité, le dispositif électrique ou électronique de l'invention comporte des spires d'inégales largeurs entre ses extrémités de connexion. Une autre solution moins intéressante consisterait à avoir une épaisseur de spire plus grande, mais cela nécessiterait soit de faire plusieurs passes sérigraphiques et de sécher à chaque fois, soit de faire une passe épaisse mais avec des difficultés de séchage. De bons résultats ont été obtenus avec un rapport de largeur entre les spires les plus larges et les plus étroites variant de deux à cinq, la valeur étroite étant égale à environ 0,5 mm. Ainsi, on a pu obtenir par exemple une carte à puce munie d'une antenne à quatre spires s'étendant le long de ses bords latéraux. Elle comporte une zone étroite pour l'antenne s'étendant jusqu'à 5 mm du bord inférieur de la carte dans laquelle sont sérigraphiées quatre spires d'environ 0,4 mm, L'antenne ayant à ce niveau une largeur totale de 4 mm. Par contre, le long d'autres bords de la carte, notamment le bord opposé ou le bord adjacent, la carte comporte des spires chacune de largeur égale à environ 1,8 mm, L'antenne ayant à ce niveau une largeur de 8 mm. Cette disposition et forme de l'antenne permet d'augmenter ou de compenser une insuffisance de conductibilité d'une l'encre conductrice. Cette compensation est d'autant plus nécessaire que l'encré est partiellement séchée et ne présente pas de ce fait toutes ses propriétés. L'efficacité de la communication radio n'en est pas affectée, une portée de l'antenne égale à 8 mm ayant ainsi été obtenue. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un dispositif électronique à puce et/ou à antenne, tel qu'une carte à puce sans contact ou hybride ou étiquette, ledit dispositif électronique comportant au moins une feuille de décoration ayant une face externe apparente (18, 18'), et au moins une interface comportant une antenne (14, 28) ledit procédé comportant l'étape suivante selon laquelle on réalise l'antenne sur une face de la feuille de décoration, opposée à la face externe apparente, par sérigraphie d'une encre conductrice. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille (18, 18', 20) comporte une pré-impression graphique et/ou un film de protection transparent sur sa face externe apparente. 3. Procédé selon la revendication 1 du 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape selon laquelle on dispose au moins une couche de matière isolante sur ladite face opposée de manière à recouvrir l'antenne au moins en partie. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de matière isolante est réalisée par une opération de laminage à chaud ou à froid d'une seconde feuille ou par injection ou pulvérisation. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on effectue une connexion de l'interface à une puce ou un module à puce préalablement à la réalisation de la couche de matière isolante. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on effectue une connexion de l'interface à une puce ou un module à puce postérieurement à la réalisation de la couche de matière isolante, les connexions de l'antenne étant accessibles. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille de décoration comprend un matériau polymère. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour réaliser l'antenne sur ladite feuille de décoration - on fournit une feuille support fine en matériau ayant une température de ramollissement ou de dégradation inférieure à une température de séchage optimal de l'encre, - on fournit une encre conductrice comportant un taux de particules métalliques compris entre environ 60% et 95 % dans une matrice polymère et un solvant, ladite encre ayant une température de séchage optimal prédéterminé, - après sérigraphie de ladite encre sur ladite feuille support, on effectue un séchage partiel de l'encre à une température inférieure à ladite température de séchage optimal de l'encre, 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'encre comporte des particules d'argent et à un taux compris entre 70% et 85%. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite feuille à une épaisseur inférieure à 600 pm. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite feuille à une épaisseur comprise entre 15 pm et 100 pm 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de séchage est égale à environ 60 "C. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille de décoration est en papier. 14. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise une machine de sérigraphie comportant une table ayant subi un traitement de lissage de surface, tel qu'une anodisation ou un revêtement avec du Téflon. 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fait passer ladite feuille support dans le four comportant un tapis maillé, et en ce que l'on introduit simultanément une plaque de protection entre ledit tapis maillé et la feuille support sérigraphiée (20). 16 Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le tapis maillé est en matière plastique ou en inox. 17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que le four de séchage comporte des ceintures en ruban plastique. 18. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'on réalise simultanément plusieurs antennes sur une feuille de décoration de base et que l'on découpe ensuite pour obtenir plusieurs feuilles de décoration. 19. Dispositif électronique à puce et/ou à antenne, tel qu'une carte à puce sans contact ou hybride ou étiquette obtenu selon le procédé de l'invention. 20. Dispositif électronique selon la revendication 19, caractérisé en ce que l'antenne comporte des spires d'inégales largeurs entre ses extrémités de connexion. 21 Dispositif électronique selon la revendication 20, caractérisé en ce que le rapport de largeur entre les spires les plus larges et les plus étroites varie de deux à cinq.