Brevet FR2882174A1 — publié le 20060818

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif d'identification radiofréquence, et une structure de dispositif d'identification obtenue par la mise en oeuvre du procédé. L'invention concerne en outre l'utilisation du dispositif d'identification pour la fabrication de documents d'identification sécuritaires et infalsifiables, tels que par exemple des passeports électroniques. On connaît déjà dans l'état de la technique, des procédés de io fabrication de dispositifs d'identification radiofréquence, selon lesquels on dispose sur un susbtrat isolant, une électronique radiofréquence constituée par une puce microélectronique reliée à une antenne, puis on lamine par-dessus le substrat pourvu de l'électronique formée par la puce et l'antenne, une ou plusieurs couches de matériaux plus ou moins compressibles, destinés à protéger et à intégrer l'electronique. Ces procédés connus et les dispositifs qui en résultent comportent plusieurs inconvénients. Ainsi, les procédés de fabrication connus conduisent le plus souvent à des dispositifs ayant une épaisseur relativement importante, de l'ordre de 0,6 mm ou plus, ou relativement inégale, ce qui est pénalisant notamment lorsque ces dispositifs doivent être utilisés pour la fabrication de documents d'identification électroniques tels que des passeports électroniques. Les nouveaux passeports électroniques prévoient des cahiers de charges très contraignants en ce qui concerne leur résistance mécanique et leur durée de vie, qui doit être de plusieurs années, en particulier de dix ans en Europe. Par ailleurs, les dispositifs d'identification radiofréquence aujourd'hui nécessaires doivent pouvoir s'intégrer sans surépaisseur dans les feuilles des documents d'identification tels que les passeports, et présenter une taille et des caractéristiques mécaniques, notamment de flexibilité, compatibles avec les cahiers des charges de ces documents. Un but de l'invention est par conséquent de proposer un procédé de fabrication de dispositifs d'identification radiofréquence qui conduise à une grande fiabilité dans le temps des dispositifs obtenus. Un autre but de l'invention est que le procédé permette de produire des dispositifs d'identification radiofréquence qui soient adaptés à un grand nombre d'applications, de façon à profiter de volumes très élevés, et par conséquent de coûts unitaires moindres. lo En effet, compte tenu des grandes quantités de dispositifs d'identification à livrer à des organismes sécuritaires tels que ceux de certains Etats, il est fondamental de disposer d'une technique de fabrication des dispositifs d'identification radiofréquence qui soit d'une grande simplicité, permettant un coût de fabrication faible au regard de l'application envisagée, tout en présentant une fiabilité suffisante pour assurer la durée de vie en question. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de dispositifs d'identification radiofréquence qui permette d'otenir de façon fiable et répétitive, des dispositifs d'identification 20 ayant une faible épaisseur très uniforme, de quelques centaines de micromètres, par exemple de moins de 400 micromètres. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication de dispositifs d'identification radiofréquence selon les revendications. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 illustre un procédé de fabrication de dispositifs d'identifaction radiofréquence conforme à l'état de la technique; - la figure 2 illustre un premier mode de réalisation du procédé de fabrication selon l'invention; - la figure 3 illustre une variante du procédé de fabrication de la figure 2; - la figure 4 illustre un procédé de fabrication en continu de dispositifs d'identification radiofréquence conformes à l'invention. On se réfère à la figure 1. Dans cette figure, on a représenté en coupe un dispositif électronique 10 pour passeports ou produits analogues, réalisé selon un mode connu. Pour fabriquer ce dispositif, on a déposé un micromodule électronique 1 sur une feuille support 5, dans la cavité 3 o d'une feuille 2. Le micromodule 1 est pourvu d'une antenne (non visible), et d'une puce de silicium 4 reliée à l'antenne. Afin de combler le vide dans la cavité 3 au-dessus et autour de la puce 4, on a déposé une résine de nivelage remplissant la cavité, puis on a recouvert la cavité 3 à l'aide d'une feuille 6 de même nature que la feuille 2 pourvue de la cavité. Après le recouvrement, il est nécessaire de cuire le module électronique 10 au four pour réticuler la résine de nivelage. Or cette opération engendre plusieurs inconvénients. Tout d'abord elle prend un temps très long, de plusieurs heures, et nécessite du matériel conséquent, tel que des fours. De plus, la réticulation produit des déformations, par gonflement puis retrait de la résine de nivelage, déformations qui sont pénalisantes lorsqu'on cherche à obtenir des produits de très faible épaisseur, comme ceux destinés à être incorporés dans des passeports. En outre, les fabricants de papiers pour passeports, et leurs clients imprimeurs, disposent en général du savoir-faire requis pour laminer des feuilles comme celles destinées à la fabrication des passeports, mais les opérations de dépôt de résine et de cuisson sont totalement inconnues aux fabricants de passeports ou documents analogues, ce qui complique la mise en oeuvre de la méthode connue pour fabriquer des modules électroniques pour passeport. On se réfère maintenant à la figure 2, dans laquelle on a représenté en coupe un dispositif d'identification radiofréquence 20 réalisé selon un premier mode de réalisation conforme à l'invention. Chaque dispositif d'identification radiofréquence 20 comporte un substrat 21 sur lequel on a disposé une feuille 22 d'épaisseur faible et calibrée, contribuant, à la manière d'une entretoise, à l'obtention d'une épaisseur fine et calibrée pour le dispositif d'identification radiofréquence 20. Cette feuille 22 comporte dans son épaisseur une ou plusieurs perforations, traversantes ou non, formant des io réservations ou cavités 23, à l'endroit prévu pour recevoir une puce microélectronique 24 provenant d'une plaquette tronçonnée par sciage. Du fait des perforations qu'elle comporte, la feuille 22 sera dénommée par l'expression feuille perforée pour les besoins de la présente description. Chaque cavité 23 de la feuille perforée 22 est traversante dans le mode de réalisation de la figure 2, de sorte qu'après dépôt de la feuille perforée 22 sur le susbtrat 21, les plots de sortie 25 de la puce microélectronique 24 restent accessibles pour réaliser la connection avec les bornes 26 de l'antenne. Selon l'invention, le substrat 21 est relativement flexible. Réalisé de préférence, mais pas exclusivement, en polyimide ou en polyépoxy, il est de préférence continu et conditionné en rouleau et est revêtu sur au moins un de ses faces, d'un très mince film adhésif (non représenté). De même, la feuille perforée 22 est de préférence, mais pas exclusivement, réalisée en poly-éthylène-téréphtalate ou en polyimide. Plus précisément, il peut s'agir notamment de matériaux de la famille des polyetherimides (PEI), des polyimides, des polyester (polyéthylène naphtalate ou PEN; polyéthylène téréphtalate ou PET). Ces matériaux étant choisis pour présenter un module de tension de l'ordre de 2 à 4 gigapascal (Gpa). La feuille 22 est conditionnée en rouleau et est déposée sur le susbstrat 21 par laminage sur la face du substrat revêtue d'un film adhésif obtenu par enduction, ou d'un film adhésif de type hot melt en terminologie anglosaxonne, ou encore d'un adhésif sensible à la pression. La cohésion entre les deux couches 21 et 22 est ainsi assurée par l'adhésif, qui est par exemple de type epoxy. L'épaisseur s de la couche de matériau adhésif sera suivant les besoins spécifiques comprise dans une fourchette allant de 5 à 70 micromètres. Mais il peut également s'agir d'une adhésion obtenue sans adhésif, en utilisant les propriétés adhésives intrinsèques des matériaux eux-mêmes, comme le PET. Il est crucial que pour assurer une épaisseur faible et calibrée de l'ensemble 20 ainsi assemblé, le substrat flexible 21 et la feuille perforée 22 soient chacun d'épaisseur sensiblement uniforme, la somme de leurs épaisseurs étant inférieure à environ 350 micromètres. L'épaisseur de la feuille perforée 22 est constante et calibrée. Elle est légèrement supérieure à l'épaisseur de la puce microélectronique 24. La puce 24 déposée dans la cavité 23 est collée sur le substrat 21 au moyen d'une colle qui peut être électriquement conductrice ou électriquement isolante (procédé connu sous le nom de die attach en terminologie anglosaxonne), au niveau de l'interface entre le substrat 21 et la feuille perforée 22. On dispose la face active de la puce de façon que ses plots de sortie 25 soient orientés vers l'ouverture de la cavité 23. Les plots de sortie 25 de la puce sont connectés électriquement aux bornes 26 correspondantes de l'antenne 27 en utilisant une technique de microcâblage connue en elle-même, dite de wirebonding , qui consiste à réaliser par des fils conducteurs 28 et des soudures, la connexion des plots de sortie 25 de la puce 24 avec le bornier de contacts 26 de la plaque de circuit imprimé. Il est à noter que l'interconnexion électrique de la puce 24 et de l'antenne 27 peut aussi se faire au moyen d'une autre technique dite de Flip Chip , selon laquelle on utilise une puce à bosses ou protubérances conductrices, métallique ou en polymère ( bumps ), que l'on colle sur le substrat de façon que la face active de la puce qui porte les plots de sortie de la puce soit orientée vers le bas (selon l'orientation conforme à la figure 2). La connexion électrique est assurée par les protubérances conductrices du substrat, reliées aux bornes respectives de l'antenne. Une autre possibilité de connexion encore consiste à utiliser une technique de wire deposition , dans laquelle on colle la face de la to puce opposée à celle qui porte les plots de sortie sur le substrat, de façon à présenter les plots de sortie vers le haut de la cavité. Ensuite on effectue une connexion par dépôt d'une substance conductrice à faible viscosité, entre chaque plot de sortie de la puce, et une borne correspondante de l'antenne. Lorsque les connexions électriques 28 sont réalisées, on effectue un enrobage de la puce câblée en boitier (opération dite de potting en terminologie anglosaxonne), qui consiste à protéger la puce 24 et les fils de connexion 28 soudés, ou les protubérances conductrices, le cas échéant, en remplissant le reste de la cavité 23 avec une résine d'encapsulation liquide 29 qui peut être, par exemple, à base de silicone epoxy ou de polyuréthane, et on polymérise ensuite la résine pour la faire durcir. De cette façon, la cavité 23 est remplie et obturée et on obtient un dispositif d'identification radiofréquence 20 particulierement fin, et d'épaisseur particulièrement calibrée. En outre, sa flexibilité est parfaitement adaptable aux différentes applications finales, puisque l'homme du métier saura aisément choisir la flexibilité du matériau du substrat 21 et de la feuille perforée 22, ainsi que la viscosité de la résine d'encapsulation 29, en fonction des caractéristiques de flexibilité et de durabilité recherchées. S'agissant de la résine d'encapsulation 29, on choisira par exemple parmi des résines de type monocomposant sans solvant, électriquement isolante, notamment de la famille des epoxy ou acrylates. Leur polymérisation est obtenue par réticulation en température, ou par rayonnement ultraviolet, ou les deux. La résine peut être transparente ou opaque. Ses caractéristiques de viscosité (viscosité plan cône à 25 C) étant de 400 milliPascal.seconde (mPa.$) à 45000 mPa.s, et ses caractéristiques de dureté après réticulation étant de 60 à 90 shore D. lo En ce qui concerne les dimensions du dispositif d'identification radiofréquence 20 selon l'invention, elles pourront dépendre des applications finales, et notamment de la portée recherchée qui conditionne la taille de l'antenne. En pratique, les dispositifs d'identification 20 destinés à communiquer à faible distance et à être is incorporés dans des passeports ou des supports analogues, pourront avoir des dimensions tout à fait réduites, par exemple une longueur comprise entre environ 14 mm et environ 25 mm, une largeur comprise entre environ 13 mm et environ 19 mm, et une épaisseur inférieure à environ 350 micromètres. Afin d'obtenir un empilement d'épaisseur relativement constante et calibrée, la feuille perforée 22 et le substrat auront des tolérances d'épaisseur inférieures ou égales à 20 micromètres. Pour la réalisation de l'antenne sur le substrat 21, on utilisera un procédé soustractif tel que la gravure, un procdé additif de métal (cuivre ou aluminium notamment), ou un procédé de sérigraphie de matière conductrice (colle ou encre conductrice) sur un support diélectrique, notamment de type polyamide ou epoxy. L'épaisseur de l'antenne sera suivant les besoins spécifiques ou la technologie utilisée, de l'ordre de 2 à 70 micromètres. 2882174 8 On se réfère à la figure 3. Dans cette variante de réalisation d'un dispositif d'identification radiofréquence 30 selon l'invention, la cavité ou réservation 23 de la feuille perforée 22 est non traversante. Dans ce mode de réalisation, on commence par déposer l'antenne 27 sur le substrat 21, puis on colle une puce microélectronique 24 sur le substrat 21, du même côté que l'antenne 27, et on réalise la connexion électrique des plots 25 de la puce 24 avec les bornes 26 de l'antenne, en utilisant l'une des techniques d'interconnexion décrites précédemment. Après réalisation des connexions entre les plots de sortie 25 de la puce 24 et les bornes 26 de l'antenne puis encapsulation de la puce, la feuille perforée 22 est laminée sur le substrat 21 de façon que la cavité 23 encapsule et protège la puce microélectronique 24. On se réfère à la figure 4. On a représenté dans cette figure une feuille de susbstrat 21 configurée en bande, par exemple de 35 mm de largeur, enroulée en rouleau, et surmontée d'une feuille perforée 22 également en bande. La bande de substrat 21 comporte sur ses côtés des trous d'entrainement 32 destinés à coopérer avec les picots d'une machine (non représentée) de laminage, de façon à entraîner la bande de substrat 21. La bande de matériau de la feuille perforée 22 comporte des cavités 23 régulièrement espacées dans lesquelles il est prévu de disposer une puce microélectronique 24 et la résine 29 comme décrit précédemment. On aperçoit au fond de chaque cavité 23, les bornes 26 de chaque antenne réalisée sur la bande de substrat 21 par une des techniques connues, par exemple le dépôt de matière conductrice. Selon l'invention, la bande de substrat 21 revêtue d'un matériau adhésif, et la feuille perforée 22 en bande sont laminées ensemble à l'aide de machines de laminage connues. Au fur et à mesure de l'avancement du laminage, chaque cavité 23 est pourvue de sa puce microélectronique 24, qui est connectée électriquement aux bornes de l'antenne, puis chaque cavité 23 est remplie de résine d'encapsulation 29. Puis on individualise les dispositifs électroniques ainsi formés, en réalisant une découpe 33 transversale au sens de défilement des bandes laminées (21, 22) entre deux dispositifs électroniques 30 contigus. Ce procédé de fabrication permet par conséquent une fabrication en continu de dispositifs électroniques (20,30) selon l'invention, avec une cadence élevée, supérieure à 4000 pièces à l'heure, et une excellente fiabilité. Les dispositifs électroniques (20;30) obtenus selon les procédés conformes à l'invention forment des pastilles de dimensions réduites et d'épaisseur faible et calibrée. Ces pastilles peuvent ensuite être reportées, notamment pas collage, laminage ou d'autres techniques connues, dans des supports tels que des feuilles destinées à la fabrication de passeports, ou de tout autre document d'identification. En particulier, l'invention couvre également l'utilisation d'un dispositif électronique (20;30) tel que décrit précédemment, pour la fabrication d'un passeport comportant une ou plusieurs feuilles revêtues d'informations d'identification de son porteur, l'une des feuilles du passeport comportant un évidement apte à recevoir le dispositif électronique (20;30). io REVENDICATIONS. 1. Procédé de fabrication d'un dispositif d'identification radiofréquence (20,30), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - on réalise une antenne (27) sur un substrat (21) fin et flexible; - on dispose sur ledit substrat (21) une feuille perforée (22) ayant une épaisseur faible et calibrée, et comportant au moins une cavité (23) dans son épaisseur; Io - on dépose dans chaque cavité (23) de ladite feuille perforée (22) une puce microélectronique (24) et on connecte électriquement les plots de sortie (25) de la puce microélectronique aux bornes correspondantes (26) de l'antenne (27); - on protège la puce microélectronique (24) ainsi câblée en obturant la cavité (23) renfermant la puce; 2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat flexible (21) et la feuille perforée (22) étant continus et conditionnés en rouleau, on assemble une pluralité de dispositifs électroniques d'identification (20,30) par lamination en continu, puis on individualise les dispositifs électroniques ainsi formés, en réalisant une découpe transversale (33) entre deux dispositifs électroniques (20) contigus. 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le substrat flexible (21) et la feuille perforée (22) sont chacune d'épaisseur sensiblement uniforme, la somme de leurs épaisseurs étant inférieure à environ 350 micromètres, et l'épaisseur de la feuille perforée (22) étant constante et légèrement supérieure à l'épaisseur de la puce microélectronique (24). 4. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la feuille perforée (22) est conditionnée en rouleau et est déposée sur le susbstrat (21) par laminage sur une face du substrat revêtue d'un film adhésif. 5. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour connecter électriquement les plots de sortie (25) de la puce microélectronique (24) aux bornes (26) de l'antenne, on colle la face de la puce opposée à celle qui porte les plots de sortie (25) de la puce sur le substrat (21), de façon à présenter ses plots de sortie (25) vers le haut de la cavité (23), ladite cavité étant traversante, et on effectue une connexion (28) par microcâblage entre chaque plot de sortie (25) de la puce (24), et une borne correspondante (26) de l'antenne. 6. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour connecter électriquement les plots de sortie (25) de la puce microélectronique (24) aux bornes (26) de l'antenne on colle la face de la puce opposée à celle qui porte les plots de sortie (25) de la puce (24) sur le substrat (21), de façon à présenter ses plots de sortie (25) vers le haut de la cavité (23), et on effectue une connexion par dépôt d'une substance conductrice à faible viscosité, entre chaque plot de sortie (25) de la puce (24) , et une borne correspondante (26) de l'antenne. 7. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour connecter électriquement les plots de sortie (25) de la puce microélectronique (24) aux bornes (26) de l'antenne, on colle la face de la puce qui porte les plots de sortie de la puce sur des protubérances conductrices du substrat, reliées aux bornes respectives de l'antenne. 8. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes 5 à 7, caractérisé en ce que pour obturer la cavité (23) renfermant la puce (24), on dépose dans la cavité (23), au-dessus de la puce microélectronique (24) et des connexions (28) aux bornes de l'antenne, une résine d'encapsulation liquide (29), de façon à remplir sensiblement le volume libre de la cavité (23), puis on polymérise la résine (29). 9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, les cavités (23) de la feuille perforée (22) étant non traversantes, on lamine, après réalisation des connexions entre les plots de sortie de la puce et les bornes de l'antenne, la feuille perforée (22) sur le substrat (21) de façon que chaque cavité (23) encapsule et protège une puce microélectronique (24). 10. Dispositif électronique d'identification radiofréquence (20; 30), caratérisé en ce qu'il est obtenu à l'aide du procédé de fabrication 25 selon l'une quelconque des revendications précédentes. 11. Dispositif électronique d'identification radiofréquence (20; 30) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il possède une longueur comprise entre environ 14 mm et environ 25 mm, une largeur comprise entre environ 13 mm et environ 19 mm, et une épaisseur inférieure à environ 350 micromètres. 12. Dispositif électronique d'identification radiofréquence (20; 30), comportant: - un substrat fin (21) portant une puce microélectronique (24) 5 ayant des plots de sortie (25); - une antenne (27) réalisée sur le substrat (21) et dont les bornes (26) sont reliées aux plots de sortie (25) correspondants de la puce microélectronique (24) par des moyens d'interconnexion (28); - caractérisé en ce qu'il comporte une feuille perforée (22) d'épaisseur faible et calibrée, cette feuille perforée (22) étant mécaniquement reliée à une des faces du susbstrat (21) , et comportant une cavité (23) dans laquelle sont logés la puce (24) et les moyens d'interconnexion (28), - l'ensemble formé par l'empilement du substrat (21) et de la 15 feuille perforée (22) ayant une épaisseur inférieure à environ 350 micromètres. 13. Utilisation d'un dispositif électronique (20;30) selon l'une quelconque des revendications 11 à 12, pour la fabrication d'un passeport comportant une ou plusieurs feuilles revêtues d'informations d'identification de son porteur, l'une des feuilles du passeport comportant un évidement apte à recevoir le dispositif électronique (20;30) .