Brevet FR2765010A1 — publié le 19981224

MICROMODULE ELECTRONIQUE, NOTAMMENT POUR CARTE A PUCE La présente invention concerne les cartes à puce fonctionnant sans contact ainsi que les cartes à puce à deux modes de fonctionnement, avec ou sans contact. Le marché des cartes à puce comprend actuellement deux domaines : celui des cartes dites "à contact", équipées de plages de contact électrique, et celui émergeant, des cartes dites "sans contact", équipées d'une bobine d'antenne pour recevoir par induction électromagnétique des données, un signal d'horloge, une tension d'alimentation,... Dans un proche avenir, il est prévu que les cartes à puce sans contact se développeront fortement, alors que parallèlement, de nombreuses cartes à contact continueront à être utilisées. Aussi, pour rationaliser le marché des cartes à puce, on a été conduit à développer des circuits intégrés à deux modes de fonctionnement, avec ou sans contact, pouvant communiquer avec tout type de lecteur de carte à puce. A titre d'exemple, une architecture électrique de circuit intégré à deux modes de fonctionnement est décrite par la demande de brevet FR 96 10032 au nom de la demanderesse. La présente invention concerne tout d'abord la fabrication d'une carte à puce à deux modes de fonctionnement, appelée carte hybride, comportant essentiellement une bobine d'antenne et un micromodule électronique incorporant un circuit intégré à deux modes de fonctionnement du type cité ci-dessus. Classiquement, le micromodule comprend une plaquette support comportant sur sa face avant des plages de contact et sur sa face arrière le circuit intégré. La bobine d'antenne est un fil électrique noyé dans le corps de la carte, disposé en une ou plusieurs spires et connecté par ses extrémités à des plots du circuit intégré. Cette carte à puce hybride de l'art antérieur présente l'inconvénient d'être coûteuse à fabriquer en raison de la difficulté de connecter la bobine d'antenne au circuit intégré. En effet, le circuit intégré est d'abord fixé sur le micromodule et connecté aux plages de contact. Puis le micromodule est monté dans la carte. La connexion de la bobine d'antenne au circuit intégré doit être faite à cet instant. Diverses solutions ont été imaginées pour faciliter cette opération. comme en témoignent les demandes de brevet EP 671 705 et EP 709 804. Toutefois, la connexion électrique d'un micromodule de faible dimension à une bobine noyée dans une carte plastique demeure une étape délicate à mettre en oeuvre, et s'avère peu compatible avec les cadences de production industrielles. Ainsi, un objectif de la présente invention est de prévoir un moyen permettant de réaliser de façon simple et peu coûteuse une carte à puce hybride et, de façon plus générale, de réaliser tout type d'objet portatif électronique à deux modes de fonctionnement, comportant à la fois une bobine d'antenne et des plages de contact. Pour atteindre cet objectif, une idée de la présente invention est d'intégrer une bobine dans un micromodule électronique du type cité ci-dessus, et plus particulièrement de disposer une bobine à la surface de la plaquette support d'un tel micromodule. La présente invention se base sur la constatation selon laquelle, au regard des dimensions minimales des plages de contact d'une carte à puce réglementées par la norme ISO 7816, il est possible de prévoir un micromodule présentant des plages de contact d'une dimension sensiblement inférieure à celle généralement retenue dans l'art antérieur, et ne couvrant pas la totalité de la surface du micromodule, de manière à - d'une part, permettre l'intégration d'une bobine sans augmenter de façon rédhibitoire les dimensions du micromodule, et, - d'autre part, obtenir une bonne perméabilité magnétique du micromodule, ou "comportement magnétique", nécessaire au fonctionnement optimal de la bobine, malgré le fait que des plages de contact forment des écrans s'opposant à la circulation d'un champ magnétique. Dans l'art antérieur, il est en effet d'usage de prévoir des plages de contact couvrant la totalité de la surface des micromodules, afin de satisfaire des critères esthétiques tenant à l'aspect visuel des cartes à puces. Toutefois, si l'on se réfère à la norme ISO susmentionnée, on voit que la dimension minimale autorisée des plages de contact est de l'ordre de 1,7 x 2 mm, soit une dimension très inférieure à celle généralement retenue dans l'art antérieur. Ainsi, la présente invention prévoit un micromodule électronique, notamment pour carte à puce hybride, comprenant une plaquette support comportant sur sa face avant des plages de contact électrique et sur sa face arrière un circuit intégré, dans lequel la plaquette support porte en outre sur l'une de ses faces une bobine. Selon un mode de réalisation, la bobine est une bande conductrice en forme de spirale. La bande conductrice peut être agencée sur la face arrière de la plaquette support, autour du circuit intégré. La bande conductrice peut également être agencée sur la face avant de la plaquette support, autour des plages de contact ou entre les plages de contact. Selon un mode de réalisation, la bobine est une bobine intégrée dans une microplaquette et le circuit intégré est fixé sur la face arrière de la plaquette support par l'intermédiaire de la microplaquette. Par ailleurs, la présente invention est applicable à la fabrication de cartes à puce fonctionnant exclusivement sans contact. Ainsi, la présente invention prévoit également un micromodule électronique, notamment pour carte à pince sans contact, comprenant une plaquette support comportant sur une première face un circuit intégré, dans lequel la plaquette support comporte en outre sur l'une de ses faces une bobine. Selon un mode de réalisation, la bobine est une bande conductrice en forme de spirale, agencée sur la première face de la plaquette support, autour du circuit intégré, ou sur la deuxième face de la plaquette support. Selon un mode de réalisation, la bobine est une bobine intégrée dans une microplaquette fixée sur la plaquette support. Enfin, dans le cadre de la réalisation d'un micromodule exclusivement sans contact, et lorsque la bobine est intégrée dans une microplaquette, une variante de la présente invention consiste à supprimer la plaquette support. Dans ce cas, le micromodule comprend uniquement une bobine intégrée dans une microplaquette, un circuit intégré fixé sur la microplaquette, et des moyens de connexion du circuit intégré à la microplaquette. Bien entendu, la présente invention concerne également tout objet portatif comportant un micromodule selon l invention. Dans le cas d'un objet portatif fonctionnant exclusivement sans contact, le micromodule selon l'invention peut être noyé dans le corps de l'objet portatif. Ces objectifs, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de divers exemples de réalisation de micromodules selon l'invention, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figures 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un micromodule selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessus du micromodule de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessous du micromodule de la figure 1, - la figure 4 est une vue de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un micromodule selon l'invention, - la figure 5 est une vue en coupe du micromodule de la figure 4, - la figure 6 est une vue de dessus d'un troisième mode de réalisation d'un micromodule selon l'invention, - la figure 7 est une vue de dessus d'un quatrième mode de réalisation d'un micromodule selon l'invention, - la figure 8 est une vue de dessus d'un cinquième mode de réalisation d'un micromodule selon l'invention, - la figure 9 est une vue de dessous du micromodule de la figure 8, et - la figure 10 est une vue en coupe du micromodule de la figure 8. Les figures 1, 2 et 3 représentent respectivement par une vue en coupe, une vue de dessus et une vue de dessous un exemple de réalisation d'un micromodule électronique 1 selon l'invention, pouvant être monté sur une carte plastique ou tout autre objet portatif. La plaquette support 2 du micromodule 1, réalisée en un matériau électriquement isolant, comporte classiquement sur sa face arrière 2-1 un circuit intégré 3 en forme de microplaquette de silicium (figure 3), et sur sa face avant 2-2 (figure 2) des plages de contact métalliques C1 à C8 répondant par leur forme et agencement à la norme ISO 7816. Selon l'invention, la face arrière 2-1 de la plaquette support comporte également une bande conductrice 4, agencée en spirale autour du circuit intégré 3 et formant une bobine 5 (figure 3). Sur les figures 2 et 3, sensiblement à l'échelle 10, on voit que les dimensions du micromodule sont de l'ordre de 14 x 15 mm, soit une surface de 2,1 cm2 satisfaisante en termes d'encombrement. Les dimensions des plages C1 à C8 sont de 2 x 3 mm environ (les dimensions minimales autorisées étant de 1,7 x 2 mm). Le circuit intégré est d'une dimension conventionnelle de 2,54 x 4,24 mm. La bobine 5 est ici de forme carrée et compte treize spires centrées sur le circuit intégré. La spire la plus interne est de 10 x 10 mm environ et la spire la plus externe de 13 X 13 mm environ. La bande conductrice 4 formant la bobine 5 n'est pas représentée à l'échelle dans un souci de lisibilité de la figure. La bande conductrice 4 est par exemple d'une largeur de 60 micromètres et présente un espace entre spires de 40 micromètres environ. La longueur totale de la bande conductrice 4 est de l'ordre de 60 cm et son inductance de l'ordre de 3,6 microhenry, soit une valeur habituelle pour un fonctionnement du circuit intégré 3 à la fréquence normalisée de 13,56 MHz en mode sans contact. L'avantage du micromodule selon l'invention est d'être compact et autonome, prêt à être monté sur une carte plastique sans qu'il soit nécessaire de la connecter à une bobine noyée dans la carte. En outre, malgré la présence des plages de contact métallique C1 à C5, la perméabilité magnétique du micromodule est suffisante pour qu'une tension induite apparaisse aux bornes de la bobine 5 lorsque celle-ci se trouve plongée dans un champ magnétique alternatif. En effet, la surface occupée par les plages de contact C1 à C5 est sensiblement inférieure à la surface totale de la plaquette support 2, de sorte qu'il subsiste à la surface de la plaquette 2 des zones magnétiquement perméables. Plus particulièrement, dans le micromodule représenté sur les figures 1 à 3, ces zones magnétiquement perméables comprennent une première aire rectangulaire centrale de 3 x 10 mm environ, se trouvant au milieu des plages C1 à C8 dans l'axe de la bobine 5, et une deuxième aire périphérique en forme de cadre, d'une largeur de 2 mm environ, correspondant sensiblement à l'emplacement de la bobine 5. Bien entendu, le circuit intégré 3 en silicium présente une bonne perméabilité magnétique (le silicium ayant sur ce point les propriétés du verre). Il peut être noté que, si les plages de contact couvraient toute la surface de la plaquette support, la distance maximale de fonctionnement de la bobine relativement à la source du champ magnétique serait très faible, de l'ordre de quelques millimètres. Toutefois, la présente invention n'exclue pas un tel mode de réalisation qui pourrait convenir à certaines applications. Par exemple des lecteurs de cartes à puce du type à insertion ou à fente pourraient permettre de maintenir la bobine 5 très près de la source du champ magnétique, de sorte que les problèmes liés à la perméabilité magnétique du micromodule deviendraient secondaires. En pratique, la plaquette support 2 peut être réalisée à partir d'une plaque de circuit imprimé, par exemple en époxy ou en une matière flexible comme du polyester, d'une épaisseur de l'ordre de la centaine de micromètres. Cette plaque de circuit imprimé est recouverte initialement d'une matière conductrice d'une épaisseur de l'ordre de quelques dizaines de micromètres, par exemple du cuivre, qui est ensuite gravée de manière à faire apparaître la bobine 5. Sur la face avant 2-2 de la plaquette support, les plages de contact C1 à C8 peuvent être réalisées de façon classique à partir d'un motif métallique prédécoupé, ou "lead frame", assemblé sur la plaquette support 2 par collage. En figure 2, on voit ainsi que les plages de contact Cl à C8 présentent des parties amincies, ou bras 6, qui se prolongent jusqu'aux bords de la plaquette support. Ces bras 6 résultent du procédé de fabrication susmentionné et permettent, après estampage ou gravure d'une bande en métal doré, de maintenir entre eux les motifs réalisés collectivement, avant leur montage sur des plaquettes support. Dans le mode de réalisation représenté, le circuit intégré 3 est connecté aux plages C1 à C8 et à la bobine 5 de façon classique, par câblage aux ultrasons ("ultrasonic wedge bonding"). Sur la figure 3, on voit ainsi que le circuit intégré présente divers plots d'entrées/sorties 7 connectés au moyen de fils métalliques 8, par exemple des fils d'aluminium, aux plages de contact C1 à C8, ainsi qu'à des plages de connexion 9, 10 prévues aux deux extrémités de la bande conductrice 4. Les fils 8 sont soudés ultrasoniquement aux dos des plages C1 à C8 grâce à des ouvertures 11 pratiquées dans la plaquette support 2. Une fois l'opération de câblage réalisée, le circuit intégré 3, les fils de connexion 8 et la bobine 5 sont noyés dans une résine de protection 12, par exemple une résine époxy (figure 1). Les figures 4 et 5 représentent, par une vue de dessus et une vue en coupe, un micromodule 20 comportant en outre une plage conductrice centrale 21 formant un prolongement de la plage C5 (soit la plage de masse GND selon la norme ISO 7816). Ce mode de réalisation permet le montage d'un circuit intégré 3 à fond conducteur, par exemple un circuit intégré NMOS. La plaquette support 2 comprend une ouverture rectangulaire 22 permettant de fixer le circuit intégré 3 sur la face arrière de la plage 21, par collage ou brasure. Sur la figure 4, on voit que la plage 21 n'occupe pas tout l'espace disponible entre les plages C1 à C8, de manière que le centre de la plaquette support 2 comporte des zones magnétiquement perméables. La figure 6 représente une vue de dessus d'un micromodule 30 qui se distingue essentiellement de celui décrit en relation avec les figures 1 à 3 par le fait que la bobine 5 est disposée sur la face avant 2-2 de la plaquette support 2, autour des plages de contact C1 à C8, l'ensemble étant par exemple réalisé par gravure chimique. Les dimensions et l'agencement relatif de la bobine et des plages de contact sont conservés. Les plages 9, 10 de connexion de la bobine, disposées ici sur la face avant 2-2 de la plaquette support, sont accessibles depuis la face arrière 2-1 grâce à des ouvertures 31, 32 pratiquées dans la plaquette 2. De préférence, la bobine 5 est recouverte d'un vernis de protection. La figure 7 représente une vue de dessus d'un micromodule 40 qui diffère du mode de réalisation de la figure 6 par le fait que la bobine 5, d'une dimension plus faible, est agencée entre les plages de contact C1 à C8. La plage 9 de connexion de la spire la plus interne est disposée à la périphérie de la bobine 5. La bande conductrice 4 se prolonge jusqu'à la plage 9 grâce à un pont isolant 42 recouvrant partiellement les spires. Les plages de contact C1 à C8 s'étendent ici jusqu'aux bords de la plaquette support 2. Bien entendu, le micromodule selon l'invention est susceptible de nombreuses autres variantes et modes de réalisation. Ainsi, bien que l'on ait décrit dans ce qui précède une connexion du circuit intégré au moyen de fils métalliques, il est bien évident que d'autres méthodes classiques pourront être utilisées. Notamment, une méthode pouvant être mise en oeuvre, connue sous la désignation de "flip chip", consiste à monter le circuit intégré à l'envers et souder directement ses plots sur des plages conductrices. D'autres part, l'emplacement, la taille et la forme de la bobine 5 sont susceptibles de modifications et d'études complémentaires, les modes de réalisation précédemment décrits n'étant donnés qu'à titre d'exemples illustrant les connaissances actuelles de la demanderesse. Par ailleurs, une variante de la présente invention consiste à utiliser une bobine intégrée dans une microplaquette et à monter cette microplaquette sur la plaquette support du micromodule. Diverses technologies classiques permettent de réaliser une telle bobine intégrée. Par exemple, la technologie polysilicium/cuivre utilisée pour la fabrication des têtes de lecture magnétiques des disques durs d'ordinateurs permet d'intégrer sur un substrat silicium une bande de cuivre présentant un grand nombre de spires séparées par des couches de polysilicium. Egalement, la technologie des couches minces (dépôt d'un matériau conducteur par évaporation sous vide) permet de réaliser une bande en spirale à la surface d'une microplaquette de silicium ou de céramique. Selon la technologie retenue, la bobine peut être intégrée à la surface de la microplaquette ou dans le coeur de la microplaquette. Pour fixer les idées, les figures 8, 9 et 10 représentent respectivement par des vues de dessus, de dessous et en coupe, un exemple de réalisation d'un micromodule électronique 50 comportant une bobine intégrée dans une microplaquette 51. Comme on l'a indiqué ci-dessus, la microplaquette 51 peut être en silicium, en céramique, ou tout autre matériau permettant d'intégrer une bobine. Des plot 52, 53 de connexion de la bobine sont prévus à la surface de la microplaquette 51. La microplaquette 51 est fixée sur la face arrière 2-1 de la plaquette support 2 et le circuit intégré 3 est monté sur la microplaquette 51, l'ensemble formant un empilement. Sur la figure 9, on voit que la connexion des plots 7 du circuit intégré aux plages de contact C1 à C8 ainsi qu'aux plots 52, 53 de connexion de la bobine est faite au moyen des fils métalliques 8 déjà décrits en relation avec la figure 3. Sur la face avant 2-2 (figure 8, 10), les plages de contact C1 à C8 s'étendent jusqu'au bords de la plaquette 2 mais ne couvrent pas la partie centrale de la plaquette 2 correspondant à l'emplacement, sur la face arrière 2-1, de la microplaquette 51 et du circuit intégré 3 (représentés en traits pointillées sur la figure 8). Outre les divers modes de réalisation envisageables, il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présent invention peut être avantageusement appliquée à la réalisation de cartes à puce fonctionnant exclusivement sans contact. Si l'on se reporte aux figures précédemment décrites, on voit en effet que chacune des variantes 1, 20, 30, 40 et 50 du micromodule de l'invention peut être réalisée sans prévision des plages de contact C1 à C8. Les formes et agencement proposés de la bobine 5 peuvent être conservés. La surface disponible sur la plaquette support 2 étant toutefois plus importante du fait de l'absence des plages de contact, on bénéficie d'une plus grande liberté de conception et la bobine 5 peut revêtir une grande diversité de formes. Dans cette application exclusivement sans contact, la présente invention offre comme précédemment un micromodule électronique compact et autonome pouvant être monté directement dans une carte plastique sans qu'il soit nécessaire de le connecter à une bobine. De plus, si le procédé de fabrication le permet, le micromodule peut être entièrement noyé dans le corps de la carte. Par exemple, les procédés de fabrication classiques de cartes à puce par surmoulage ou par assemblage de feuilles plastiques se prêtent bien à une insertion d'un micromodule selon l'invention dans le corps d'une carte plastique. Dans ce cas, une variante de réalisation du micromodule représenté en figures 8, 9 et 10 consiste à supprimer la plaquette support 2. La bobine se présentant en effet sous la forme d'une microplaquette 51 sur laquelle est fixé le circuit intégré 3, l'ensemble microplaquette 51 et circuit intégré 3 forme un tout fonctionnel qui peut être directement noyé dans une carte plastique. Enfin, comme on l'a déjà indiqué, il est bien évident que la présent invention n'est pas réservée à la réalisation de cartes plastiques mais concerne de façon générale les objets portatifs comprenant une puce électronique, par exemple les étiquettes électroniques, les clés électroniques... REVENDICATIONS 1. Micromodule électronique (1, 20, 30, 40, 50), notamment pour carte à puce hybride, comprenant une plaquette support (2) comportant sur sa face avant (2-2) des plages de contact électrique (C1-C8) et sur sa face arrière (2-1) un circuit intégré (3), caractérisé en ce que la plaquette support (2) comporte en outre sur l'une de ses faces une bobine (5, 51). 2. Micromodule (1, 20, 30, 40) selon la revendication 1, dans lequel la bobine (5) est une bande conductrice () en forme de spirale. 3. Micromodule (1, 20) selon la revendication 2, dans lequel la bande conductrice (4) est agencée sur la face arrière (2-1) de la plaquette support (2), autour du circuit intégré (3). 4. Micromodule (30) selon la revendication 2, dans lequel la bande conductrice (4) est agencée sur la face avant (2-2) de la plaquette support (2), autour des plages de contact (C1-C8). 5. Micromodule (40) selon la revendication 2, dans lequel la bande conductrice (4) est agencée sur la face avant (2-2) de la plaquette support (2), entre les plages de contact (C1-C8). 6. Micromodule (50) selon la revendication 1, dans lequel la bobine est intégrée dans une microplaquette (51) et le circuit intégré (3) est fixé sur la face arrière (2-1) de la plaquette support (2) par l'intermédiaire de ladite microplaquette (51). 7. Micromodule électronique (1, 20, 30, 40), notamment pour carte à puce sans contact, comprenant une plaquette support (2) comportant sur une première face (2-1) un circuit intégré (3), caractérisé en ce que la plaquette support (2) comporte en outre sur l'une des faces une bobine (5, 51). 8. Micromodule (1, 20, 30, 40) selon la revendication 7, dans lequel la bobine (5) est une bande conductrice (4) en forme de spirale. 9. Micromodule (1, 20) selon la revendication 8, dans lequel la bande conductrice (4) est agencée sur la première face (2-1) de la plaquette support (2), autour du circuit intégré (3). 10. Micromodule (30, 40) selon la revendication 8, dans lequel la bande conductrice (4) est agencée sur la deuxième face (2-2) de la plaquette support (2). 11. Micromodule (50) selon la revendication 7, dans lequel la bobine est intégrée dans une microplaquette (51) fixée sur la plaquette support (2). 12. Micromodule électronique, notamment pour carte à puce sans contact, comprenant une bobine intégrée dans une microplaquette (51), un circuit intégré (3) fixé sur ladite microplaquette, et des moyens (8, 9, 10) de connexion du circuit intégré (3) à la microplaquette (51). 13. Objet portatif électronique, comportant un micromodule électronique selon l'une des revendications précédentes. 14. Objet portatif électronique comportant, noyé dans son corps, un micromodule électronique selon l'une des revendications 7 à 12.