Brevet FR2883653A1 — publié le 20060929

MODULE ÉLECTRONIQUE ET CARTE À PUCE AVEC INDICATEUR LUMINEUX La présente invention se rapporte au domaine des 5 dispositifs comportant des puces de matériau semi-conducteur. La présente invention concerne plus particulièrement la fabrication d'un dispositif électronique comportant une puce de circuit intégré et un indicateur lumineux de type diode électroluminescente. Elle s'applique particulièrement à l'indication d'activité dans des dispositifs électroniques tels que des cartes à puce avec ou sans contact, ou des clés USB (Universal Serial Bus). Avec l'émergence des dispositifs amovibles et des terminaux personnels comprenant plusieurs modules échangeables ou encore des connexions sans fil, il est difficile de connaître et contrôler le fonctionnement des divers éléments interagissant. Il existe des clés USB qui permettent de rendre compte du transfert de données. Au contraire, pour les cartes à puce, il n'y a pas d'indicateur fiable précisant que la carte communique effectivement. Certaines solutions proposent des indicateurs de transfert de données déportés sur les lecteurs de carte, par exemple. La demande de brevet WO 02 / 023 357 décrit un procédé et un dispositif pour le transfert de données entre un port USB et une carte à puce reliée à ce port via un lecteur. Le but de cette invention est de générer un signal pilotant une diode électroluminescente et reflétant l'activité transactionnelle USB. La diode électroluminescente est fixée sur le lecteur de carte, le lecteur ayant un connecteur USB. Dans cette solution et de façon générale, l'indicateur lumineux fait partie intégrante du lecteur de carte et est dissocié de la puce réalisant le transfert de données. Ces solutions ne sont pas satisfaisantes car l'indicateur lumineux du lecteur ne constitue pas un témoin fiable de l'activité de communication de données de la carte. La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un indicateur lumineux restituant de façon fiable l'activité de la carte qui soit simple et le plus économique possible à fabriquer. L'invention consiste à associer un indicateur directement à une puce de circuit intégré (de préférence au niveau d'un module de carte à puce) dont on souhaite contrôler l'activité. Pour cela, on réalise une protection mécanique commune de la puce de circuit intégré et de l'indicateur qui assure également la transmission de la lumière émise par la diode électroluminescente. L'invention est économique car elle peut utiliser la technologie de fabrication des modules de carte à puce. La connexion de la diode électroluminescente LED peut s'effectuer sur le même film diélectrique utilisé en bobine pour fabriquer un module de carte à puce. Aux différents postes de report et connexion de puces, on peut reporter et connecter au moins une LED en plus de la puce de circuit intégré à proximité de la puce de circuit intégré du module. Et au poste d'enrobage, on peut enrober d'une seule opération avec une même protection translucide la puce et au moins une LED. Le film diélectrique peut être remplacé par tout autre support isolant tel que, feuille de polymère, du papier, un support de circuit imprimé; le support peut avoir des dimensions égales ou supérieures à un module de carte à puce à contact ou sans contact... Les pistes conductrices peuvent être réalisées par tout procédé connus notamment par gravure, sérigraphie, 5 dépôt conducteur, jet de matière conductrice... À cet effet, l'invention a pour objet, un module électronique comportant au moins une puce de circuit intégré connectée à des pistes conductrices d'un support isolant et au moins une diode électroluminescente, dans lequel l'ensemble formé par le circuit intégré et la diode électroluminescente est enrobé d'une résine translucide formant un élément de protection mécanique dudit ensemble et de transmission de la lumière émise par ladite diode électroluminescente. Dans un mode de réalisation, ladite diode électroluminescente est une puce de matériau semi-conducteur issue directement d'une galette (wafer) sciée. Également, ladite diode électroluminescente est connectée en parallèle audit circuit intégré. Dans un mode de réalisation, ladite protection présente une forme bombée. Dans un mode de réalisation particulier, ladite forme bombée présente un point focal dans le plan de ladite diode électroluminescente. Plus particulièrement, ladite résine est transparente et/ou comprend des pigments dont la bande de transmission comprend la longueur d'onde d'émission de ladite diode électroluminescente. Éventuellement, ladite résine comprend des dopants ayant des propriétés de rémanence et une bande d'excitation comprenant la longueur d'onde d'émission de ladite diode électroluminescente, les dopants étant aptes à se charger en énergie à l'émission de ladite diode électroluminescente et à restituer cette énergie, sur un intervalle de temps, sous forme lumineuse à une ou plusieurs longueurs d'onde propres. Dans un mode de réalisation, ledit module comprend, en outre, une résistance en série avec ladite diode électroluminescente. Selon une réalisation de l'invention, ledit circuit intégré est une puce sans contact. Dans un mode de réalisation, ladite diode électroluminescente est directement alimentée par une boucle d'induction comprise ou non dans ledit module. Plus particulièrement, ledit module comprend un détecteur de champ magnétique et un circuit de commande de ladite diode électroluminescente en fonction de la détection dudit champ électromagnétique. Ledit circuit de commande peut délivrer un signal électrique à ladite diode électroluminescente dont la fréquence est fonction de l'intensité du champ électromagnétique détecté. Dans une variante, ladite diode électroluminescente est directement connectée aux bornes d'alimentation dudit module. L'invention concerne également un dispositif électronique comprenant un tel module électronique. Dans un mode de réalisation, le dispositif est de type carte à puce et il comprend un support plastique ayant une cavité apparente dans laquelle est encarté ledit module électronique. Dans une variante, la puce dudit module électronique a une fonction de communication sans contact (radio fréquence par exemple) et le module électronique est noyé dans le corps de ladite carte à puce lors des étapes de lamination de la carte. Éventuellement, ledit support plastique forme un guide d'onde apte à transmettre la lumière émise par ladite diode électroluminescente. Ledit dispositif peut simplement consister en une clé 5 USB fabriquée en tout ou partie selon la technologie carte à puce. L'invention concerne également, un procédé de fabrication d'un module électronique destiné à un dispositif électronique, le module comportant au moins une puce de circuit intégré connectée à des pistes conductrices d'un support isolant et au moins une diode électroluminescente. Le procédé comprend une étape d'enrobage de l'ensemble formé par le circuit intégré et la diode électroluminescente, par une résine isolante et translucide. Selon une mise en uvre, lors de ladite étape d'encapsulation, ladite résine est déposée de manière à lui donner un rayon de courbure, par exemple par distribution (dispense) de la résine sous forme de goutte (glob top). On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ciaprès à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées où : - la figure 1 représente le plan de montage d'un module de carte à puce sans contact dans un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 illustre l'architecture d'un module de carte à puce réalisé selon la présente invention; - la figure 3 illustre une résine d'enrobage de forme dôme dans un mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 représente un exemple de carte à puce mettant en uvre la présente invention; et - la figure 5 illustre une utilisation de 35 l'invention. En faisant référence à la figure 1, le module 1 de carte à puce sans contact comprend une puce sans contact 10, deux connexions 12 et 14, et une diode électroluminescente 16. La diode 16 est intégrée au module 1 sous la forme d'une puce de matériau semi-conducteur issue directement d'une galette de matériau semi-conducteur (wafer) et a une tension de fonctionnement de 3 à 5 V. Des connexions électriques 18, par exemple des fils d'or, permettent l'interconnexion électrique de la diode 16 et de la puce 10. La diode électroluminescente 16 est choisie pour être compatible en tension et intensité avec l'énergie qui peut être transférée dans le cas d'une puce sans contact: quelques volts et quelques milliampères sont les valeurs couramment utilisées. Éventuellement, une résistance en série avec la diode électroluminescente 16 peut être ajoutée afin de limiter l'intensité circulant dans la diode électroluminescente. Dans un mode de réalisation similaire, la puce 10 utilisée dans le module est une puce fonctionnant par contact électrique en parallèle de laquelle sont connectées plusieurs diodes électroluminescentes 16 émettant dans le spectre visible (400 à 750 nm) ou l'invisible, par exemple l'ultraviolet (10 à 400 nm). Éventuellement, les diodes électroluminescentes 16 choisies sont de couleurs différentes ce qui offre une lisibilité accrue des informations transmises par celles-ci: par exemple, une diode renseigne de l'alimentation en énergie du module 1, une autre de l'activité sortante et une troisième de l'activité entrante dans le module. En référence à la figure 2, le circuit intégré ou puce 35 10 et la diode électroluminescente 16 sont interconnectés électriquement à l'aide d'un substrat isolant comportant un circuit conducteur 20 de cuivre. Des procédés classiques de montage de la diode 16 et de la puce 10 sont utilisés pour réaliser ces connexions électriques: soudure de fils d'or 18 entre les composants 10 et 16 et les parties conductrices 20 du substrat, collage conducteur, flip chip (puce retournée, non représenté). La diode électroluminescente 16 est connectée en parallèle de la puce 10. Ce substrat est un support isolant pouvant être un diélectrique, des feuilles de polymère, du papier, un support de circuit imprimé... La diode électroluminescente 16 se compose d'un semi-conducteur optoélectronique 26 et, d'une anode 22 et d'une cathode 24 de part et d'autre du semi-conducteur 26. La tension appliquée par l'anode et la cathode au semi- conducteur, excite ce dernier qui émet alors de la lumière 28. L'art antérieur comporte d'autres structures de diode électroluminescente dont certaines intègrent un miroir (couche d'aluminium) pour augmenter la brillance. Le dispositif comprend également une antenne 30 de type boucle d'induction convertissant l'énergie électromagnétique de l'environnement en énergie électrique nécessaire au fonctionnement de la puce et d'autres composants. L'antenne 30 est également utilisée pour transmettre des données à des fréquences élevées (13,56 MHz ou 915 MHz par exemple). L'antenne est placée directement dans le corps de la carte à puce et est électriquement connectée aux bornes d'alimentation du module 1. Dans une variante, le dispositif comprend deux antennes 30, l'une dédiée aux fréquences basses, de l'ordre de quelques hertz, pour la conversion de l'énergie du champ électromagnétique en énergie électrique et la seconde dédiée aux hautes fréquences pour le transfert de données. Dans un mode de réalisation, l'antenne 30 est directement intégrée dans le module 1, par exemple sur le substrat. La puce 10 pilote la diode électroluminescente 16 en régulant la tension aux bornes et/ou l'intensité traversant la diode électroluminescente 16. Ce pilotage peut s'effectuer en fonction de diverses politiques selon l'information que l'on désire transmettre à l'utilisateur via l'éclairement de la diode électroluminescente 16. Par exemple, lorsque la puce 10 reçoit ou émet des données par l'antenne 30, elle alimente en parallèle la diode électroluminescente qui s'allume. D'autres politiques sont envisageables: - réguler l'alimentation de la diode électroluminescente en fonction du taux de transfert de données, en fonction de transactions. On entend par transaction, tout échange de données ou d'informations aussi bien par voie électrique que par voie radiofréquence. - mettre la diode électroluminescente en passante , c'est-à-dire allumée, dès que la puce est alimentée en énergie. Cette politique permet notamment d'informer l'utilisateur que sa carte à puce sans contact entre dans le champ électromagnétique d'un lecteur. - allumer la diode électroluminescente uniquement sur 25 le transfert de certaines données (données cryptées par exemple), ... La diode électroluminescente peut également être alimentée par la puce de façon intermittente. La fréquence de clignotement de la diode électroluminescente peut être utilisée comme indicateur du taux de transfert de données ou de l'intensité du champ électromagnétique détecté par l'antenne (plus on est loin du lecteur, plus la fréquence de clignotement est faible). Dans un mode de réalisation particulièrement simple, la diode électroluminescente 16 est directement reliée à l'antenne 30, c'est-àdire sans être couplée à la puce. Ainsi lorsque la carte à puce est introduite dans un champ électromagnétique, la diode 16 est alimentée par le courant converti du champ électromagnétique par l'antenne et la diode s'allume donc. Toujours en référence à la figure 2, une résine électriquement isolante et translucide 32 est déposée en même temps sur la puce 10, la diode électroluminescente 16 et les soudures 18. On entend par translucide , la faculté de la résine à laisser passer de la lumière, même partiellement. L'enrobage de ces éléments (10, 16, 18) par la résine peut être réalisé par des procédés connus, par exemple la technique du remplissage à l'aide de deux résines de viscosité différente (aussi appelée Dam and Fill) par dépôt. Dans l'art antérieur, l'utilité de cette résine est simple: la protection des éléments enrobés (puce et soudures) contre des dommages environnementaux, mécaniques ou électriques. Dans la présente invention, cette résine 32 présente un avantage supplémentaire: elle forme un moyen de diffusion de la lumière émise par la diode. En jouant sur les différents paramètres (viscosité de la résine, vitesse d'écoulement, polymérisation pour bloquer l'étalement de la résine), on travaille le rayon de courbure, ce qui peut permettre d'obtenir une lentille pour la transmission de tout ou partie de la lumière émise par la diode électroluminescente 16. Il est possible d'utiliser une résine dont on peut activer des chemins conducteurs dans la résine par laser pour réaliser les connexions électriques; La résine 32 est choisie transparente pour une meilleure transmission de la lumière; elle peut être notamment à base de silicone, d'époxy ou de polyuréthane. Selon différents modes de réalisation envisagés, la résine 32 comprend des dopants assurant la dispersion de la lumière ou présente des pigments dont la bande de transmission comprend la longueur d'onde d'émission de la diode électroluminescente. Selon un mode de réalisation, la résine 32 possède des propriétés de rémanence, par exemple par l'utilisation de dopants ayant des propriétés d'absorption et de réémission comme cela est décrit plus en détail dans le document EP 265 323. Les dopants sont choisis pour avoir une bande d'absorption comprenant la longueur d'onde d'émission de la diode électroluminescente 16: les dopants se chargent en énergie à l'émission de la diode électroluminescente et restituent cette énergie sous forme lumineuse à une ou plusieurs longueurs d'onde qui leur sont propres. Cette propriété de rémanence offre plusieurs avantages 20 à la présente invention: - réduire la consommation d'énergie si besoin. En choisissant les dopants de façon adéquate à ce qu'ils réémettent avec une longueur d'onde dans le visible, par exemple sensiblement égale à la longueur d'onde d'émission de la diode électroluminescente utilisée, cette dernière ne peut être allumée que de façon intermittente puisque, entre ces périodes allumée , les dopants réémettent et assurent une continuité dans l'indication lumineuse de la carte. - continuer à émettre la lumière après le retrait de la puce sans contact du champ électromagnétique du lecteur ou mettre en évidence une utilisation antérieure de la carte, par exemple à l'insu de son propriétaire. Les dopants sont choisis pour avoir des propriétés de rémanence longue, c'est-à-dire qu'ils réémettent l'énergie absorbée pendant une durée longue, par exemple plusieurs minutes dans les exemples mentionnées précédemment. En référence à la figure 3, on donne à la résine 32 la forme que l'on désire ce qui permet de contrôler le trajet lumineux. Par exemple la résine prend la forme d'un dôme proche de celle d'une lentille optique. Cela est rendu possible grâce à la technique de dépôt dite de dispense dans laquelle la résine est déposée à l'aide d'une aiguille le long d'un trajet désiré. Il est ainsi aisé de lui donner la forme souhaitée. En jouant sur les paramètres d'épaisseur et de viscosité de la résine, et de rayon de courbure de la couche externe de celle-ci, il est possible de modifier les paramètres optiques de l'enrobage de résine. Il peut être envisagé de modifier la position du point/plan focal de l'ensemble optique constitué par la résine par rapport à la diode électroluminescente pour faire varier le cône de diffusion de la lumière émise. Le module électronique lumineux 1 ainsi créé est intégré au corps de carte à puce. Plusieurs techniques existent. En référence à la figure 4, le corps 36 de la carte à puce, de type plastique, comprend une cavité 38. L'encartage consiste à intégrer, dans la cavité, le module électronique 1. La cavité 38 peut éventuellement comprendre un matériau de remplissage tel un adhésif. Ce matériau de remplissage est choisi, de préférence, transparent. Dans le cadre d'une carte à puce sans contact, des feuilles de polymère translucides/transparentes 40 sont laminées sur la carte assurant une protection mécanique et la transmission de la lumière émise. Dans l'exemple de la figure 4, le revêtement est constitué de l'empilement de trois feuilles 40. L'utilisation de feuilles de polymères opaques est également possible, auquel cas, elles sont extrêmement fines ce qui permet à tout ou partie de la lumière de passer: ces feuilles très fines peuvent être considérées comme étant translucides. La quantité de lumière passante pouvant être faible, la diode électroluminescente est alors plus visible dans l'obscurité. Dans une variante, lors du processus de création de la carte à puce sans contact par lamination des différentes couches, la puce 10 est noyée dans le corps de carte 36. De façon générale, le corps de la carte ou de l'objet contenant le module est conçu en tout ou partie de manière à permettre le passage de la lumière émise par la diode électroluminescente 16 du module 1 qui est intégré, par exemple par l'utilisation d'un matériau transparent ou translucide: corps de carte transparent, feuilles de polymères translucides, ... Dans un mode de réalisation, le support plastique de la carte est conçu comme un guide d'onde lumineuse ce qui permet de guider la lumière à l'endroit désiré. Par exemple, la lumière est guidée vers la tranche extérieure d'une carte à contact lorsque celle-ci est enfichée dans un lecteur et que la puce n'est pas visible. Pour réaliser ce guide d'onde, l'interface entre le corps de carte 36 et les couches supérieure et inférieure 40 est en partie réfléchissante, ce qui assure la propagation de l'onde dans le corps de la carte 36. Il est particulièrement intéressant que cette interface ait un fort pouvoir réfléchissant (indice supérieur à 50%, par exemple 80%) limitant ainsi l'atténuation du signal lors de la propagation. Les rayons étant transmis dans les couches 40 peuvent être absorbés voire transmis vers l'extérieur de la carte. Dans un mode de réalisation, il peut être utilisé un 35 revêtement d'aluminium de part et d'autre du corps de carte 38. L'onde lumineuse est alors entièrement réfléchie sans atténuation du signal lumineux. Également, le substrat du module électronique 1 est un isolant transparent sur lequel est présent un circuit conducteur ou des pistes conductrices, notamment de cuivre. Cela permet notamment que la lumière émise par la diode électroluminescente soit visible dans l'espace situé entre les plages de contact d'un module de carte à puce. Dans un autre mode de réalisation, le substrat du module 1 intègre une couche réfléchissante, type miroir (couche d'aluminium), pour augmenter la brillance de la diode vue du dessus. L'utilisation de la présente invention est multiple. Dans le cas d'une carte à puce, la diode électroluminescente permet d'indiquer toute transaction effectuée avec un lecteur, voire renseigner du taux de transfert en utilisant une fréquence de clignotement de la diode électroluminescente. Plusieurs diodes électroluminescentes de couleur différentes sont également utilisées pour indiquer des informations différentes. Lorsque la carte à puce est sans contact, en référence à la figure 5, la diode électroluminescente (41 munie de la résine d'enrobage de forme bombée) contenue dans le module 1 peut être utilisée comme indicatrice de la présence d'un champ électromagnétique 42 émis par un lecteur 44 de carte sans contact. La lumière diffuse à partir de la diode et au travers de la résine 41. L'antenne d'alimentation 30 est reliée aux deux plages de contact 46 et 48 séparées électriquement par une partie isolante 50. L'invention peut également être mise en uvre dans des clés USB de type mémoire, notamment fabriquée en tout ou partie selon la technologie des cartes à puce conformément à des brevets du demandeur. Le module USB possède des plages de contact au format USB, notamment les plages de contact sont linéaires (les unes à côté des autres) et parallèles. La diode électroluminescente est connectée en série avec une résistance entre les bornes Data+ et Data- des contacts USB. Dans ce cas, la diode électroluminescente s'allume à l'alimentation du module par le port USB. La carte peut également cumuler des fonctions contact (transmission par contact électrique) et sans contact (radio fréquence). Le module électronique peut comprendre deux interfaces de communication et comprendre une antenne sur le module au même titre que les pistes conductrices susmentionnées et des plages de contact électrique. Dans le cas d'une carte ayant une fonction de communication à contacts électriques, cette dernière est introduite dans le lecteur et l'activité de fonctionnement (alimentation) peut être visible sur la tranche de la carte notamment via un guide d'onde décrit précédemment ou encore à travers le corps de la carte et le lecteur si ce dernier est transparent. Dans le cas de la carte sans contact, l'indicateur renseigne de façon également fiable la présence d'un champ électromagnétique ou le transfert de données. REVENDICATIONS 1. Module électronique (1) comportant au moins une puce de circuit intégré (10) connectée à des pistes conductrices d'un support isolant et au moins une diode électroluminescente (16), caractérisé en ce que l'ensemble formé par le circuit intégré (10) et la diode électroluminescente (16) est enrobée d'une résine (32) translucide formant un élément de protection mécanique dudit ensemble et de transmission de la lumière émise par ladite diode électroluminescente (16) . 2. Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite diode électroluminescente (16) 15 est une puce de matériau semi-conducteur. 3. Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite diode électroluminescente (16) est connectée en parallèle audit circuit intégré (10). 4. Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite protection présente une forme bombée. 5. Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résine (32) est transparente. 6. Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résine (32) comprend des pigments dont la bande de transmission comprend la longueur d'onde d'émission de ladite diode électroluminescente (16). 7. Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite résine (32) comprend des 35 dopants ayant des propriétés de rémanence et une bande d'excitation comprenant la longueur d'onde d'émission de ladite diode électroluminescente (16), les dopants étant aptes à se charger en énergie à l'émission de ladite diode électroluminescente (16) et à restituer cette énergie, sur un intervalle de temps, sous forme lumineuse à une ou plusieurs longueurs d'onde propres. 8. Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, en outre, une résistance 10 en série avec ladite diode électroluminescente (16). 9. Module électronique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit intégré (10) est une puce sans contact. 10. Module électronique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ladite diode électroluminescente (16) est directement alimentée par une boucle d'induction (30) comprise ou non dans ledit module (1). 11. Module électronique (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit module (1) comprend un détecteur de champ magnétique (42) et un circuit de commande de ladite diode électroluminescente (16) en fonction de la détection dudit champ électromagnétique (42). 12. Module électronique (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que ledit circuit de commande délivre un signal électrique à ladite diode électroluminescente (16) dont la fréquence est fonction de l'intensité du champ électromagnétique (42) détecté. 13. Module électronique (1) selon la revendication 1, 35 caractérisé en ce que ladite diode électroluminescente (16) est directement connectée aux bornes d'alimentation dudit module (1). 14. Dispositif électronique comprenant un module 5 électronique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes. 15. Dispositif électronique de type carte à puce selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend un support plastique (36) ayant une cavité apparente et en ce que ledit module électronique (1) est encarté dans ladite cavité. 16. Dispositif électronique de type carte à puce selon la revendication 14, caractérisé en ce que la puce (10) dudit module électronique (1) a une fonction de communication sans contact et le module électronique (1) est noyé dans le corps de ladite carte à puce lors des étapes de lamination de la carte. 17. Dispositif électronique de type carte à puce selon la revendication précédente, caractérisée en ce que ledit support plastique (36) forme un guide d'onde apte à transmettre la lumière émise par ladite diode électroluminescente (16). 18. Dispositif électronique selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il constitue une clé USB. 19. Procédé de fabrication d'un module électronique (1) comportant au moins une puce de circuit intégré (10) connectée à des pistes conductrices d'un support isolant et au moins une diode électroluminescente (16), caractérisé en ce qu'il comprend une étape d'enrobage de l'ensemble formé par le circuit intégré (10) et la diode électroluminescente (16), par une résine (32) isolante et translucide. 20. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, lors de ladite étape d'enrobage, ladite résine (32) est déposée de manière à lui donner un rayon de courbure désiré.