Brevet FR2798873A1 — publié le 20010330

Procède et dispositif d'usinage d'objets intégrant un élément électriquement conducteur présente invention concerne un procédé et un dispositif de façonnage d'objets intégrant un élément électriquement conducteur et les objets obtenus. L'invention concerne en particulier les objets portatifs comportant un circuit électriquement conducteur noyé et/ou enfermé dans une enveloppe (et/ou une gangue) électriquement isolante ; l'invention s'applique en particulier à la fabrication des cartes à puce avec sans contact ("dual interface"), des "tags", de composants électroniques, des microcircuits, des antennes, de circuits imprimés électriques pour automobiles et aéronefs, monocouches ou multicouches, plus généralement à la fabrication d'objets ou dispositifs comportant une pièce conductrice (métallique ou non) enterrée dans une masse non conductrice (plastique, verre, bois, céramique). Dans la fabrication des étiquettes électroniques ou des clés électroniques, on rencontre fréquemment la situation dans laquelle un élément conducteur tel qu'une antenne, qui peut être de très petite dimension, est noyé dans une masse plastique (carte, boîtier, cylindre) comme illustré figures 3 et 4. Lorsqu'on veut établir un contact électrique entre l'élément conducteur et une partie externe de l'objet, le problème se pose de percer un puits 1 s'étendant de la face externe 20 de l'objet 4 jusqu'à l'élément 2 conducteur, lequel puits est destiné à recevoir un conducteur permettant d'établir un contact (par fils soudés, contact fondu, polymère conducteur...) entre l'élément noyé et un autre organe électrique (microprocesseur ou circuit intégré par exemple). Ce puits doit atteindre l'élément conducteur, mais il ne doit pas l'endommager et encore moins le traverser. Cette opération serait aisée si la position verticale (profondeur) de la partie conductrice par rapport à la face externe de l'objet était exactement connue ; tel n'est pas le cas de certains objets dont l'épaisseur de l'enveloppe isolante peut varier dans des proportions importantes d'un objet à l'autre. Tel en particulier le cas des ébauches de cartes 4 ' puce dites "dual interface" qui comportent un circuit 2 filiforme électriquement conducteur destiné à former une antenne, qui est noyé dans enveloppe mince en matière plastique ; l'épaisseur de la carte étant de l'ordre de 1 mm, l'épaisseur de l'élément conducteur est de l'ordre de 10 à 500 microns, et l'épaisseur de la paroi 6 d'enveloppe plastique recouvrant l'antenne peut varier d'une carte à l'autre de plus ou moins 0,05 mm autour d'une valeur nominale exemple égale à 0,4 mm. Le problème posé est de permettre la réalisation du puits (ou passage tel qu'un alesage), de façon rapide et peu coûteuse, jusqu'à une profondeur variable objet à l'autre, avec une précision suffisante pour éviter d'endommager l'élément conducteur. Il a éte trouvé qu'il est possible de résoudre ce problème en utilisant un dispositif de mesure de l'impédance électrique, essentiellement capacitive, mesurée entre l'outil de forage du puits et une électrode placée au contact de la face externe de l'objet (en particulier de l'ébauche de carte), pour commander l'arrêt de la pénétration de l'outil de forage. Ainsi selon un premier aspect, l'invention consiste en procédé de façonnage d'un puits au travers d'une paroi électriquement isolante recouvrant un élément conducteur noyé dans un objet portatif par pénétration d'un outil, dans lequel on mesure l'impédance entre l'outil et une électrode en contact avec l'objet, pendant la pénétration, dans lequel on commande l'arrêt de la pénétration lorsqu'on détecte variation substantielle de l'impédance. Selon un mode préféré de réalisation, l'invention propose procédé de fabrication d'un objet électronique portatif, notamment destiné au paiement et/ou à l'identification, tel qu'une carte à puce de type "dual interface", comportant une couche isolante recouvrant et/ou enveloppant un élément circuit électrique tel qu'une antenne, dans lequel pour percer la couche dénuder une zone de l'élément sans l'endommager, par action d'une fraise - on place une électrode au contact de la face externe de la couche et/ou de l'objet ; - on établit une liaison électrique entre la fraise et une première entrée d'un dispositif de mesure d'impédance et/ou de capacité, et on connecte l'électrode à une deuxième entrée du dispositif ; - on commande le déplacement de la fraise en fonction d'un signal de sortie du dispositif. De préférence on provoque le déplacement de l'outil ou fraise, sur une partie au moins de sa course, par dont la valeur est comprise dans une plage allant de 1 à 10 microns afin de limiter la profondeur de pénétration de l'outil dans l'élément conducteur. L'invention permet de traiter successivement un grand nombre de cartes ou objets minces similaires à une cadence de l'ordre de 800 à 1000 cartes/heure, en réalisant deux puits par carte (cf. figure 4), l'opération de dénudage étant réalisée en une seconde environ ; on utilise de préférence un outil ou fraise tournant à une vitesse de l'ordre de 500 à 50000 tours/minute. Selon un autre aspect, l'invention consiste à proposer un dispositif portatif mince, en particulier de type carte à puce ou étiquette électronique, qui est susceptible d'être obtenu par un procédé selon l'invention, lequel dispositif comporte une couche isolante recouvrant ou enveloppant un élément électrique tel qu'une antenne, dans lequel l'épaisseur de la couche ou paroi est située dans une plage allant de 0,1 à 5 mm, dans lequel l'épaisseur de l'élément conducteur noyé est situé dans une plage allant de 10 à 500 microns ; conformément à caractéristique de l'invention, l'élément noyé comporte une portion pour la connexion avec un deuxième élément électrique, laquelle portion s'étend dans le prolongement d'un puits formé dans la couche et forme une dépression par rapport à la face externe de l'élément noyé dont la profondeur de préférence située dans une plage allant de 2 à 50 microns. L'invention a également pour résultat de permettre la fabrication d'un lot comportant une pluralité de tels dispositifs portatifs minces parmi lesquels deux dispositifs sont tels que profondeur de leur puits respectif (correspondant sensiblement à l'épaisseur de ladite couche ou paroi) diffère d'au moins 30 microns. Selon un autre aspect, l'invention procure un dispositif de fabrication d'une carte électronique portative comportant une couche isolante recouvrant et/ou enveloppant un élément de circuit électrique tel qu'une antenne, permettant de percer la couche et de dénuder une zone de l'élément, qui comporte - un outil de façonnage tel une fraise, - un actionneur de l'outil monté mobile par rapport à un support de carte, - un dispositif de mesure d'impédance et/ou de capacité , - des premiers moyens de liaison électrique (équipotentielle) entre l'outil et une première entrée du dispositif de mesure d'impédance, - des deuxièmes moyens liaison électrique (équipotentielle) entre une électrode apte à être placée contact de la carte et une deuxième entrée du dispositif de mesure, - une unité de commande déplacement de l'actionneur apte à commander celui-ci en fonction de signaux (ou données) délivrés en sortie du dispositif de mesure. Selon des modes préférés de réalisation - l'outil est électriquement isolé de son actionneur ; - les premiers moyens de liaison électrique comportent un connecteur tournant comportant par exemple un roulement à billes ; - l'actionneur est apte à entraîner l'outil en rotation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention. Les figures 1 et 2 illustrent schématiquement, en vue en coupe latérale, les étapes initiales et finales du procédé de façonnage selon l'invention et un dispositif permettant sa mise en oeuvre. Les figures 3 et 4 illustrent respectivement en vue de côté (comme aux figures 1 et 2) et en vue de dessus, une ébauche de carte à puce "dual interface" ; la figure 5 illustre en vue de côté la carte à puce façonnée et équipée d'un micro circuit reliée à une antenne par une liaison electrique s'étendant dans le puits formé conformément à l'invention. La figure 6 illustre schématiquement l'actionneur et l'outil perçage faisant partie du dispositif de façonnage selon l'invention. La figure 7 est une vue agrandie d'un détail de la figure illustrant l'empreinte de la fraise formée dans l'élément 2 avant l'arrêt de sa progression. moteur 30 entraîne la fraise 3 en rotation selon l'axe 36 ; l'actionneur 34 entraîne le moteur 30 en translation selon l'axe sous la commande de l'unité 33 qui utilise le signal délivré en sortie 37 par le dispositif 7 de mesure ; l'actionneur 34 peut être une vis entraînant un écrou fixé au moteur 30, ou un moteur linéaire de préférence. Dans la position initiale, la fraise 3 est en position haute (figure 1). carte 4, dont l'épaisseur totale est de l'ordre du millimètre, est placée un support S sous la fraise 3 par des moyens connus. La pièce 2 métallique (fil, plaque, bande (M) ... ) est située le plus souvent 0,3 mm sous la surface 20 de la portion 6 de paroi isolante. A la verticale de fraise, sous carte 4, est placé un capteur capacitif (CC) de grande sensibilité comportant une électrode 5. I1 est inséré dans le support de la carte. Le mouvement vers le bas de la fraise en rotation, avec une vitesse convenable, continue discontinue, est alors déclenché et l'outil 3 s'enfonce dans la couche isolante recouvrant l'antenne 2. Cet outil est en contact électrique avec l'entrée 8 du circuit 7 de mesure de capacité. La fraise 3 s'approche peu à de la pièce 2 métallique noyée. Dans la portion extrême bas (figure 2), l'outil 3 approche de pièce métallique 2. Sous la masse plastique se trouve le capteur capacitif (CC). La capacité qu'il détecte est peu perturbée par l'approche de l'outil mais quand celui-ci touche la pièce 2, l'outil s'incorpore "électriquement" à celle- ci et la capacité mesurée par le circuit 7 subit une brusque variation qui est utilisée pour commander l'arrêt de la descente de la fraise et entamer la séquence suivante, grâce au signal de sortie du circuit 7 qui est appliqué au circuit de commande de déplacement (d'enfoncement de la fraise 3). Le dispositif 7 de mesure d'impédance peut comporter un oscillateur délivrant entre les entrées 8 et 9 un signal alternatif périodique de fréquence de l'ordre de 50 kHz ; la mesure de l'impédance entre bornes 8 et 9 peut être faite par une mesure du courant (très faible) circulant entre ces bornes, variation de d'impédance entre l'électrode 5 et fraise 3 suite au contact de celle-ci avec l'élément 2 se traduisant par une variation de ce courant. L'électrode 5 est disposée dans le prolongement du puits et/ou de l'axe 36, du coté opposé au puits par rapport à l'élément 2 ; le diamètre de l'électrode est de préférence supérieur au diamètre du fil constituant l'élément 2, et aussi supérieur au diamètre du puits ; l'électrode peut avoir un diamètre l'ordre de 1 à 10 mm. Le dispositif se distingue des dispositifs similaires limitant la profondeur d'un usinage en ce qu'il ne nécessite pas que l'épaisseur de la matière à enlever, ni que la profondeur à laquelle l'objet conducteur est caché, soient connus avec précision, et il ne nécessite pas contact préalable. Il est parfaitement utilisable à des circuits comportant plusieurs éléments conducteurs qui ne se situent pas entièrement à la verticale les uns des autres. Ainsi, l'invention permet d'aboutir à un résultat très précis tout en ne dépendant de la précision dans la forme ou dans la position l'objet avec lequel on peut créer un contact. Ceci permet d'accepter des tolérances beaucoup plus larges dans la fabrication amont et d'autoriser procédés plus rustiques tels que la lamination. Comme illustré figure 6 la fraise 3 est fixée dans le mandrin 63 par l'intermédiaire d'une bague 62 isolante, et le potentiel de la fraise 3 est transmis au conducteur 31 de liaison avec le dispositif de mesure, par un roulement 61 logé dans une bague fixe 60. Comme illustré figures 5 et 7, le puits 1 rempli matériau conducteur 52 assure la liaison électrique entre la zone 2a de l'antenne 2 et un circuit 51 incrusté dans la couche 6. Dans la zone 2a de l'élément 2 située dans prolongement du puits 1, la face supérieure 2b de l'élément 2 comporte cavité ou dépression 2c formée par la fraise de perçage du puits 1 en fin de course, dont la profondeur 2d est de préférence inférieure à la moitié de l'épaisseur de l'élément 2. REVENDICATIONS 1. Procédé de façonnage d'un puits (1) au travers d'une paroi électriquement isolante recouvrant un élément (2) conducteur noyé dans objet portatif par pénétration d'un outil (3) caractérisé en ce que l'on mesure l'impédance entre l'outil et une électrode (5) en contact avec l'objet, pendant la pénétration. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on commande l'arrêt de la pénétration lorsqu'on détecte une variation substantielle de l'impédance mesurée. Procédé de fabrication d'un objet (4) électronique portatif, notamment de paiement et/ou d'identification tel qu'une carte à puce type "dual interface", comportant une couche (6) isolante recouvrant et/ou enveloppant un élément (2) de circuit électrique tel qu'une antenne, ou fabrication d'une ébauche d'un tel objet, dans lequel pour percer la couche (6) et dénuder une zone de l'élément (2) par action d'une fraise (3) - on place une électrode (5) au contact de la face externe l'objet (4), - on établit une liaison électrique entre la fraise (3) et une première entrée (8) d'un dispositif (7) de mesure d'impédance et/ou de capacité, on connecte l'électrode (5) à une deuxième entrée (9) du dispositif (7) de mesure, - on commande le déplacement de la fraise en fonction d'un signal de sortie dispositif de mesure, au moins jusqu'à une détection d'une variation de l'impédance mesurée engendrée par le contact de la fraise avec l'élément (2). Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel on provoque le déplacement de l'outil ou fraise (3), sur une partie au moins de sa course, par pas dont la valeur est comprise dans une plage allant de 1 à 10 microns, afin de limiter et/ou contrôler la profondeur de pénétration l'outil dans l'élément (2). Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel traite successivement un grand nombre de cartes ou objets (4) a une cadence d'au moins un dénudage par seconde, et dans lequel on utilise un outil ou fraise tournant à une vitesse de l'ordre de 500 à 50000 tours/minute. 6. Dispositif (4) portatif mince, en particulier de type carte à puce ou étiquette électronique, lequel dispositif comporte une couche (6) isolante recouvrant ou enveloppant un élément (2) électrique tel qu'un antenne, dans lequel l'épaisseur (10) de la couche ou paroi est située dans plage allant de 0,1 à 5 mm, dans lequel l'épaisseur (11) de l'élément (2) est situé dans une plage allant de 10 à 500 microns caractérisé en ce l'élément (2) comporte une portion (2a) pour la connexion avec un deuxième élément électrique, laquelle portion s'étend dans le prolongement d'un puits (1) formé dans la couche (6) et forme une dépression (2c) par rapport à la face externe (2b) de l'élément (2), dont la profondeur est de préférence située dans une plage allant de 2 à 50 microns. Lot comportant une pluralité de dispositifs selon la revendication 6 parmi lesquels deux dispositifs sont tels que la profondeur de leur puit respectif diffère d'au moins 30 microns. Dispositif de fabrication d'un objet (4) électronique portatif, notamment de paiement et/ou d'identification, comportant couche (6) isolante recouvrant et/ou enveloppant un élément (2) de circuit électrique tel qu'une antenne, permettant de percer la couche (6) et dénuder une zone de l'élément (2), caractérisé en ce qu'il comporte - un outil (3) de façonnage tel qu'une fraise, - un actionneur (30) de l'outil (3) monté mobile rapport à un support (S) de l'objet, - un dispositif (7) de mesure d'impédance et/ou de capacité , - des premiers moyens (31) de liaison électrique entre 'l'outil (3) et une première entrée (8) du dispositif (7), - des deuxièmes moyens (32) de liaison électrique entre une électrode (5) apte à être placée au contact de l'objet et une deuxième entrée (9) du dispositif (7), - une unité (33) de commande de déplacement de l'actionneur (30) apte à commander déplacement de celui-ci en fonction de signaux ou données délivrés en sortie (37) du dispositif (7). 9. Dispositif selon la revendication 8 dans lequel l'outil (3) est électriquement isolé son actionneur (30). 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9 dans lequel les premiers moyens de liaison électrique comportent un connecteur tournant (61) comportant exemple un roulement à billes, et dans lequel l'actionneur (30) est apte à entraîner l'outil (3) en rotation, et dans lequel l'actionneur (30) est monté mobile en translation.