Brevet FR2851674A1 — publié le 20040827

La présente invention concerne les procédés de fabrication des cartes à puce sans contact, et en particulier un procédé de fabrication d'une carte à puce sans contact à planéité renforcée. La carte à puce sans contact est un système de plus en plus utilisé dans différents secteurs. Ainsi, dans le secteur des transports, elle a été développée comme moyen de paiement. C'est le cas également du portemonnaie électronique. De nombreuses sociétés ont également 10 développé des moyens d'identification de leur personnel par cartes à puce sans contact. L'échange d'informations entre une carte sans contact et le dispositif de lecture associé s'effectue par couplage électromagnétique à distance entre une antenne logée dans 15 la carte sans contact et une deuxième antenne située dans le lecteur ou directement par contact avec le lecteur. Pour élaborer, stocker et traiter les informations, la carte est munie d'une puce, qui est reliée à l'antenne. L'antenne se trouve sur un support situé entre deux corps de cartes dont 20 les faces externes sont imprimées du graphisme lié à l'utilisation ultérieure de la carte. Le support d'antenne est un support diélectrique en matière plastique ou un support en matière fibreuse telle que du papier. Dans les cartes sans contact utilisant un support 25 d'antenne en matière fibreuse, l'antenne est sérigraphiée sur le support d'antenne et la puce est fixée sur le support d'antenne de telle sorte que ses deux bornes soient connectées aux deux bornes de l'antenne Ensuite, au cours d'une étape de lamination, des 30 couches de PVC constituant les corps de carte sont placées de part et d'autre du support d'antenne. Ce sandwich est ensuite placé dans une presse à laminer. Le sandwich subit alors un traitement thermique à une température de l'ordre de 150 OC. En même temps, le sandwich subit un pressage 35 afin de souder les différentes couches. Sous l'action combinée de la chaleur et de la pression, les couches de PVC se ramollissent et la couche interne se fluidifie. Le PVC ainsi fluidifié de la couche interne du corps de carte qui vient au contact du support d'antenne emprisonne l'antenne et la puce dans la masse et les PVC fluides des deux corps de carte rentrent en contact par des découpes de cavité réalisées préalablement dans le support d'antenne. Le procédé ci-dessus présente malheureusement plusieurs inconvénients, et en particulier un inconvénient d'ordre esthétique sur le rendu final de la carte. Ainsi, lors de la fluidification de la couche interne des corps de 10 carte, la couche externe se ramollit et épouse en se déformant de manière atténuée par rapport à la déformation subie par la couche interne de PVC, les reliefs du support d'antenne dus à l'épaisseur de l'antenne, de la puce et des découpes de cavités. Certes, ces reliefs de l'ordre du 15 micron ne sont pas visibles à l'oeil nu mais ils apparaissent lorsque la face externe de la couche externe du corps de carte est imprimée par des changements de ton dans la teinte du graphisme imprimé. En effet, dans le cas de corps de carte imprimés, lors de l'étape de lamination 20 des corps de carte sur le support d'antenne, la surépaisseur entraîne un écartement des points d'impression impliquant un éclaircissement de la teinte, de même que les découpes du support d'antenne dans lesquelles le PVC des couches internes des corps de carte vient fluer entraînent 25 un resserrement des points d'impression impliquant un obscurcissement de la teinte. Sans conséquence pour le bon fonctionnement de la carte, ce défaut d'aspect de la carte finale peut être mis en avant par les utilisateurs très sensibles aux critères esthétiques. Un autre inconvénient 30 provient du fait que, lorsque la puce est reportée directement sur le support d'antenne, elle peut être détériorée par la pression subie lors de l'étape de lamination. Ce problème a pu être résolu à condition d'utiliser un module c'est à dire un circuit électronique 35 sur lequel est positionnée la puce. Dans ce cas, la puce est câblée à ce circuit avec des fils d'or ("wire bonding"). La puce et le câblage sont ensuite enrobés dans une résine époxy pour les protéger. Cette solution est bien sr plus longue et plus difficile à mettre en oeuvre et également plus coteuse. Le but de l'invention est donc de réaliser un procédé 5 de fabrication d'une carte sans contact utilisant la technique du report du module électronique ou de la puce directement sur le support d'antenne tout en protégeant le module électronique ou la puce pour éviter sa destruction durant le procédé de fabrication de la carte sans contact. 10 L'invention concerne donc un procédé de fabrication d'une carte à puce sans contact comportant un support d'antenne sur lequel est placée l'antenne par sérigraphie ainsi qu'un module électronique ou une puce connecté aux deux bornes de l'antenne et au moins deux corps de carte de 15 part et d'autre du support d'antenne, les corps de carte étant des feuilles de thermoplastique appliquées par lamination sous pression à chaud. La feuille de thermoplastique qui est appliquée sur la face du support d'antenne o se trouve le module électronique ou la puce 20 est perforée d'une cavité traversante et son épaisseur est supérieure à l'épaisseur du module électronique ou de la puce d'au moins 5% de celle- ci, la cavité étant située à l'aplomb du module électronique ou de la puce pour que le module électronique ou la puce soit à l'intérieur de la 25 cavité lorsque la feuille est placée sur le support d'antenne avant l'étape de lamination et de façon à ce que le module électronique ou la puce ne subisse aucune pression lors de l'étape de lamination. Les buts, objets et caractéristiques ressortiront 30 mieux à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins joints dans lesquels: la figure 1 représente le support d'antenne d'une carte à puce sans contact, la figure 2 représente une coupe selon l'axe B-B du 35 support d'antenne représentée sur la figure 1, , la figure 3 représente en coupe le support d'antenne plastifié d'une carte à puce sans contact, et la figure 4 représente une coupe de la carte à puce sans contact selon l'invention. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention 5 illustré sur la figure 1, le support d'antenne est en matière fibreuse telle que du papier et a une épaisseur d'environ 90 pm. La fabrication de la carte à puce selon l'invention consiste tout d'abord à réaliser l'antenne sur son support 40. L'antenne est constituée de deux spires 42 10 et 44 d'encre conductrice polymère sérigraphiée, chargée en éléments conducteurs tels que l'argent, le cuivre ou le carbone. Chaque spire a une de ses extrémités reliée à un des plots de connexion de l'antenne également sérigraphies, la spire 42 étant reliée au plot 36 et la spire 44 au plot 15 38. Les spires sont reliées entre elles par un pont électrique appelé plus communément cross-over (non représenté sur la figure). Une bande isolante d'encre diélectrique est sérigraphiée entre le cross-over et la spire 42. Un module électronique ou une puce 50 est fixé sur le support d'antenne 40 et est directement connecté aux plots de connexion 36 et 38 de l'antenne grâce à une couche de colle conductrice permettant de réaliser les contacts ohmiques. A noter que, bien la carte sans contact fabriquée 25 selon le procédé de l'invention puisse être pourvue soit d'un module électronique soit d'une simple puce, le mode de réalisation préférentiel décrit par la suite concerne une carte sans contact dfsposant d'une simple puce. Les plots de connexion de la puce (non montrés) sont 30 alors en contact avec les plots de connexion de l'antenne 36 et 38. La connexion ohmique peut se faire avec une colle conductrice ou sans colle par le simple contact. Le support d'antenne 40 peut comporter également deux évidements 52 et 54 illustrés sur la figure 2 qui sont élaborés de 35 préférence après la sérigraphie de l'antenne. Ces deux évidements servent à renforcer la tenue mécanique du module électronique ou de la puce 50. Ainsi le support d'antenne 10 possède des découpes ou/et des cavités et des reliefs dus à l'antenne et à la puce. De ce fait, les deux faces du support d'antenne 10 ne sont pas planes et plus particulièrement la face sur laquelle est sérigraphiée l'antenne. L'étape suivante du procédé selon l'invention consiste à laminer deux couches ou feuilles de thermoplastique sur le support d'antenne 40. Cette étape constitue la première phase de lamination des différentes couches constitutives 10 de la carte et est illustrée en coupe sur la figure 63. Cette première étape de lamination consiste à souder par pressage à chaud de chaque côté du support d'antenne 40 deux feuilles de thermoplastique homogènes 62 et 64. La température et la pression atteintes sont respectivement de 15 l'ordre de 1800C et 250 bars. La feuille de thermoplastique 62 qui est appliquée sur la face du support d'antenne recevant la puce 50 est perforée d'une cavité traversante 56 et son épaisseur est supérieure d'au moins 10% à l'épaisseur du module électronique ou de la puce 50. La 20 cavité 56 est située sur la feuille de thermoplastique 62 de façon à ce que le module électronique ou la puce 50 soit à l'intérieur lorsque la feuille 62 est placée sur le support 40 avant la lamination et de façon à ce que le module électronique ou la puce 50 ne soit pas en contact 25 avec la feuille 64. La cavité 56 est de préférence circulaire. Lorsqu'il s'agit d'une puce 50 directement connectée à l'antenne, une puce d'épaisseur 180 pim et de surface 1,5 mm2, l'épaisseur de la couche de thermoplastique 62 est égale à 200 gm et le diamètre de la 30 cavité 56 est égal à 3 mm. Lors de la première étape de lamination, la pression s'exerce sur la feuille de thermoplastique 62 ou 64 et non sur la puce 50, de telle sorte que celle-ci ne subit aucune contrainte qui pourrait l'endommager. La température doit 35 être suffisante pour que la matière composant les feuilles 62 et 64 se ramollisse et flue totalement de manière à remplir les évidements 52 et 54, et les éventuelles autres découpes effectuées dans le support 40 et à la cavité 56 et à emprisonner les reliefs du support d'antenne tels que ceux dus aux spires 42 et 44 de l'antenne. Ainsi, les reliefs du support d'antenne 30 sont 5 emprisonnés dans la masse du thermoplastique formant ainsi un support d'antenne plastifié 60 d'épaisseur égale à environ 400 um. Les éventuelles découpes effectuées préalablement sur le support d'antenne permettent en outre une meilleure soudure des deux feuilles de thermoplastique 10 62 et 64 entre elles. Le support d'antenne plastifié 60 ainsi formé fait disparaître toutes différences d'épaisseur du support d'antenne d'origine 40. La deuxième phase de lamination des différentes couches constitutives de la carte consiste à laminer deux 15 corps de carte de chaque côté du support d'antenne plastifié 60 en référence à la figure 4. Cette seconde étape, réalisée après un certain temps correspondant au temps nécessaire pour que les feuilles de thermoplastiques 62 et 64 soient solidifiées, consiste à venir souder deux 20 couches 66 et 68 de thermoplastique, chacune d'épaisseur égale à environ 150 jim, constituant les corps de carte sur les faces plastifiées et planes du support 60, par pressage à chaud. Les deux corps de carte 66 et 68 ont été préalablement imprimés, sur leur face extérieure, du 25 graphisme personnalisé de la carte. Le support d'antenne plastifié 60 étant d'épaisseur constante, cette étape s'apparente davantage à un collage qu'à un soudage. De ce fait, la pression et la température nécessaires dans cette phase sont bien inférieures à celles utilisées dans un 30 procédé traditionnel. La température et la pression nécessaires pour cette étape de lamination ne sont plus que d'environ 1200C et 150 bars respectivement. De plus, la durée des cycles de mise en pression et en température est également diminuée. Les feuilles de thermoplastique 62, 64 sont préalablement découpées à la dimension de la carte à puce finale avant la première étape de lamination. Elles peuvent également être découpées après la première étape de lamination. Dans ce cas, le support d'antenne plastifié 60 est découpé aux dimensions de la carte après la première étape de lamination sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Selon une variante du procédé de l'invention, la feuille de thermoplastique 64 qui est appliquée sur la face du support d'antenne opposée à celle recevant la puce 50 peut également être perforée d'une cavité 58. La cavité 58 10 est située sur la feuille de thermoplastique 64 de façon à ce qu'elle se superpose à l'emplacement de la puce 50. Dans ce cas, lors de la première étape de lamination, la puce est totalement préservée de toute contrainte due à la pression exercée sur les feuilles de thermoplastique 62 et 15 64. Une seconde variante du procédé selon l'invention peut être appliquée à une carte à puce sans contact dans le cas o la cavité 56 est trop importante pour être remplie par la matière de la feuille de thermoplastique 62 lors de la 20 première étape de lamination. Dans ce cas, le support d'antenne 60 obtenu après la première étape de lamination comporte un creux d à la cavité 56 et donc n'est pas plan. Le support 60 peut donc recevoir à l'emplacement de la cavité 56, une résine du type époxy pour protéger le module 25 électronique ou puce 50 et rendre le support d'antenne plastifié 60 parfaitement plan. Le matériau thermoplastique utilisé pour les couches constitutives des corps de carte est préférentiellement du polychlorure de vinyle (PVC), mais peut être aussi du 30 polyester (PET, PETG), du polypropylène (PP), du polycarbonate (PC) ou de l'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS). Il est important de préciser qu'une antenne constituée de spires métalliques sur un support en plastique tel que 35 du polyester ou du polyamide ou sur un support en verre époxy est également en relief par rapport à son support. L'invention s'applique donc à tout type de support d'antenne et à tout type d'antenne, et en particulier aux supports dont l'antenne apparaît en relief. Le support d'antenne doit être constitué d'un matériau dont les dimensions restent stables quelle que soit la température 5 et notamment un matériau supportant sans déformations ni altérations des températures de l'ordre de 1800C. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une carte à puce sans contact comportant un support d'antenne sur lequel est 5 placée l'antenne par sérigraphie ainsi qu'un module électronique ou une puce connecté aux deux bornes de l'antenne et au moins deux corps de carte de part et d'autre dudit support d'antenne, les corps de carte étant des feuilles de thermoplastique appliquées par lamination 10 sous pression à chaud ledit procédé étant caractérisé en que la feuille de thermoplastique (62) qui est appliquée sur la face dudit support d'antenne (40) o se trouve le module électronique ou la puce (50) est perforée d'une cavité traversante (56) 15 et son épaisseur est supérieure à l'épaisseur du module électronique ou de la puce d'au moins 5% de celle-ci, ladite cavité (56) étant située à l'aplomb du module électronique ou de la puce de façon à ce que le module électronique ou la puce soit à l'intérieur de la cavité 20 lorsque ladite feuille est placée sur ledit support d'antenne avant l'étape de lamination et de façon à ce que le module électronique ou la puce ne subisse aucune pression lors de ladite étape de lamination. 2. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon la revendication 1, dans lequel chacun desdits corps de carte est constitué de deux feuilles de thermoplastique appliquées sur ledit support d'antenne selon les étapes suivantes: une première étape de lamination consistant à souder de chaque côté dudit support d'antenne (40) une première feuille de thermoplastique homogène (62, 64) par pressage à une température suffisante pour que la matière composant les feuilles se ramollisse et flue totalement de manière à 35 faire disparaître toutes différences d'épaisseur du support d'antenne et à former un support d'antenne plastifié (60) à faces planes, et une seconde étape de lamination réalisée après un temps correspondant au temps nécessaire pour que lesdites feuilles de thermoplastique (62, 64) soient solidifiées, ladite deuxième étape consistant à souder sur chaque face 5 plastifiée et plane dudit support d'antenne (60) d'épaisseur constante une autre feuille de thermoplastique (66, 68), par pressage à chaud. 3. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon la 10 revendication 2, dans lequel ladite feuille de thermoplastique (64) qui est appliquée sur la face du support d'antenne opposée à celle recevant le module électronique ou la puce est perforée d'une cavité (58), la cavité (58) étant située sur ladite feuille de 15 thermoplastique (64) de façon à ce qu'elle se superpose à l'emplacement du module électronique ou de la puce (50). 4. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel, une résine du type 20 époxy est placée dans la cavité (56) de ladite feuille de thermoplastique (62) pour protéger le module électronique ou la puce (50) et rendre le support d'antenne plastifié (60) parfaitement plan. 5. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon la revendication 4, dans lequel ledit support d'antenne (40) est en matière fibreuse telle que du papier. 6. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon la 30 revendication 5, dans lequel l'étape de fabrication de l'antenne consiste à sérigraphier des spires d'encre polymère conductrice sur ledit support en matière fibreuse et à faire subir un traitement thermique audit support afin de cuire ladite encre. 7. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon la revendication 6, dans lequel, des découpes de cavités (52, 54) réalisées dans le support d'antenne (40) permettent la soudure des deux couches de thermoplastique (62, 64) entre elles lors de la première étape de lamination. 8. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel lesdits corps de carte (66, 68) laminés de chaque côté dudit support d'antenne plastifié (60) sont pré-imprimés du graphisme personnalisé de la carte. 9. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon l'une des revendication 1 à 8, dans lequel durant l'étape de lamination des corps de carte sur ledit support d'antenne plastifié (60), une troisième feuille (66 ou 68) 15 de thermoplastique ou une couche de vernis est ajoutée sur chaque corps de carte, jouant le rôle de couverture. 10. Procédé de fabrication d'une carte à puce selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le 20 matériau thermoplastique constituant les corps de carte est du polychlorure de vinyle (PVC), du polyester (PET, PETG), du polyprolpylène (PP), du polycarbonate (PC) ou de 1'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS).