Brevet FR2880160A1 — publié le 20060630

L'invention concerne un un circuit intégré double face destiné à une carte à puce hybride contact - sans contact et concerne en particulier un module électronique double face pour carte à puce hybride. Les cartes à puce sans contact sont aujourd'hui largement utilisées dans de nombreux secteurs d'activité tels que le secteur des transports et le secteur bancaire mais également pour l'identification des personnes et des objets. Les cartes à puce sans contact comportent une antenne noyée dans la carte connectée à une puce électronique insérée dans la carte qui sert à élaborer, stocker et traiter les informations. De telles cartes permettent l'échange d'informations avec l'extérieur par couplage électromagnétique à distance donc sans contact, entre l'antenne et une deuxième antenne située dans le dispositif de lecture associé. Les cartes à puce hybrides contact sans contact comprennent une plage de contacts affleurants la surface de la carte afin que l'échange d'informations puisse se faire également par transmission électrique de données entre les contacts affleurants du module électronique de la carte et les contacts d'une tête de lecture d'un dispositif de lecture dans lequel la carte est insérée. La puce des cartes à puce hybrides doit donc être connectée d'une part à la plage de contacts affleurants et d'autre part aux plots de connexion de l'antenne. Plusieurs solutions sont utilisées pour réaliser cette double connexion des puces des cartes à puce hybrides. Une première solution illustrée en coupe sur la figure 1 consiste à réaliser un module électronique constitué d'un support électriquement non conducteur 10 portant sur la première face la plage des contacts affleurants 12 adaptés pour se connecter aux contacts de la tête de lecture du dispositif de lecture, et sur l'autre face, des contacts 14 adaptés pour être connectés à l'antenne de la carte. Une puce 16 est ensuite connectée à la fois à la plage de contacts affleurants 12 à l'aide de fils d'or soudés 18 traversant le support par des trous 20 prévus à cet effet et aux contacts 14 de l'antenne également par des fils d'or soudés 22. La puce 16 et les fils 18 et 22 sont ensuite protégés et scellés par une résine 24 coulée par dessus. Lorsque la résine est durcie, la puce et les fils sont ainsi encapsulés et seule une partie des contacts 14 destinés à venir se connecter aux plots d'antenne est apparente telle qu'illustrée sur la figure 2. Un tel module est appelé circuit intégré double face puisqu'il comprend des contacts sur ces deux faces contrairement à un circuit intégré simple face composé uniquement de la plage de contacts affleurants utilisé dans la réalisation des cartes à puce à contact. Comme illustré sur la figure 3, le module ainsi constitué vient se loger dans une cavité fraisée dans le corps de la carte 30. La cavité comprend une portion interne 32 d'épaisseur égale à 600 gm recevant la puce encapsulée et une portion externe 34 d'épaisseur égale à 200 pm recevant la partie du circuit constituant les plages de contacts affleurants. Deux puits 36 sont également fraisés dans la portion externe de la cavité et permettent de dégager les plots de connexion de l'antenne. L'étape suivante consiste à insérer le module en utilisant une colle permettant de fixer le module sur la partie externe de la cavité et une colle conductrice permettant de connecter le module aux plots de connexion de l'antenne dégagés grâce aux deux puits 36. La surface limitée de la cavité externe 34 due à la taille de la puce encapsulée dans la résine 24 ne permet pas de mettre de la colle sur la totalité du pourtour. En effet, seuls deux emplacements 40 et 42 en grisé sur la figure sont recouverts de colle. De ce fait, les connexions réalisées en colle conductrice entre les contacts 14 du module et les plots d'antenne situés au fond des puits 36 subissent le maximum de contraintes mécaniques de flexion lorsqu'en particulier la carte est pliée dans sa largeur. La soudure des fils d'or 22 de connexion entre la puce 16 et les contacts d'antenne 14 subissent également les contraintes mécaniques de flexion dues au pliage de la carte. Le module électronique subit ainsi des contraintes qui peuvent altérer la connexion avec l'antenne et donc la fiabilité de la carte. De plus, les cavités fraisées dans le corps de carte fragilisent la carte étant donné sa faible épaisseur égale à 0,76 mm et imposée par la norme. L'emplacement des contacts 14 situés très proche des bords du module du fait de la taille importante de la puce encapsulée représente également un problème lors de la mise en place du module dans la cavité, des remontées de colle conductrice peuvent subvenir et créer des courts-circuits avec les contacts affleurants. En plus de ces problèmes techniques de tenue mécanique et de fiabilité, il faut également prendre en compte le coût de fabrication de tels modules. En effet, les circuits double face sont environ trois fois plus coûteux que les circuits simple face et la réalisation des connexions en fils d'or contribue à augmenter le prix de revient de la carte. La connexion du module électronique avec l'antenne étant un des problèmes de la réalisation de telles cartes à puce, une autre solution consiste à ne pas utiliser de circuit double face. Cette solution décrite en détail dans la demande de brevet FR 2 810 768 consiste à reporter et à connecter la puce directement sur l'antenne avant de laminer ensemble les différentes couches constitutives de la carte. Une cavité de faible épaisseur est ensuite fraisée dans le corps de la carte apte pour recevoir un circuit simple face constitué de la plage de contacts affleurants. Les connexions entre la puce et la plage de contacts sont réalisées grâce à un ensemble de puits de connexion et de pistes de liaison préalablement effectuées sur le support d'antenne et reliées à la puce. Cette solution permet d'utiliser un circuit simple face et de délocaliser la puce dans le corps de carte là où les contraintes sont les plus faibles, c'est à dire à mi- épaisseur et préférentiellement dans un coin. Le problème principal d'une telle solution provient des cartes destinées au rebut. En effet, la puce est insérée dès le début du procédé de fabrication de la carte et est jetée avec la carte si des problèmes de lamination ou d'impression surviennent après, ce qui représente un coût non négligeable dans le prix de revient de la carte. C'est pourquoi un but de l'invention est de résoudre les problèmes de contraintes mécaniques exercées sur les connexions entre l'antenne et le module électronique d'une carte à puce hybride contact-sans contact sans augmenter le coût de revient de la carte. Un autre but de l'invention est en particulier de proposer un procédé de fabrication d'une carte à puce hybride contact-sans contact dont la connexion entre l'antenne et le module électronique ne supporte pas les contraintes mécaniques de flexion subies par la carte. L'objet de l'invention est donc un module électronique double face d'une carte à puce hybride contact sans contact réalisé sur un support non conducteur et adapté pour venir se coller dans une cavité de la carte et se connecter aux plots de connexion de l'antenne noyée dans la carte, le module comprenant sur la première face du support une plage de contacts, certains des contacts recouvrant chacun un trou traversant le support, la plage étant adaptée pour former les contacts affleurants la surface de la carte. Selon une caractéristique principale de l'invention, sur la seconde face du module sont sérigraphiées d'une part des premières pistes de liaison reliées par leur premières extrémités aux trous traversant et par l'autre extrémité aux plots de connexion de la puce et d'autre part des secondes pistes de liaison reliées chacune respectivement d'un côté à un plot de raccordement sérigraphié et de l'autre à deux des plots de connexion de la puce, les plots de raccordement étant positionnés de façon à être en regard des plots de connexion de l'antenne et connecter à eux par l'intermédiaire d'un matériau conducteur formant un joint électrique. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels: La figure 1 représente une coupe d'un module électronique double face selon l'état de la technique, La figure 2 représente le module électronique double face selon l'état de la technique vu du côté de la puce, La figure 3 représente une carte à puce et l'emplacement de la cavité apte à recevoir le module double face selon l'état de la technique, La figure 4 représente un film sur lequel sont réalisés des circuits imprimés simple face, La figure 5 représente la première face d'un module électronique double face selon l'invention, La figure 6 représente la seconde face d'un module électronique double face selon l'invention, La figure 7 représente la seconde face d'un module électronique double face selon l'invention avec la puce, La figure 8 représente une carte à puce et l'emplacement de la cavité apte à recevoir le module électronique double face selon l'invention. Le module électronique qui fait l'objet de l'invention est réalisé à partir d'un circuit simple face tel qu'illustré sur la figure 4. Chaque circuit simple face comprend la plage des contacts affleurants 52 adaptée pour se connecter aux contacts de la tête de lecture du dispositif de lecture. De façon standard, les plages sont généralement réalisées selon un procédé en continu sur la première face d'un support 50 électriquement non conducteur de largeur égale à 35 mm, 70 mm ou 150 mm pour 2, 4 et 8 modules. Le support 50 est en fibre de verre de type époxy, en polyester ou bien en papier d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,2 mm. La plage de contacts est en cuivre mais peut également être réalisée par sérigraphie d'encre conductrice de type encre époxy chargée de particules d'argent ou d'or ou par sérigraphie d'un polymère conducteur. En référence à la figure 5, chaque module électronique est donc composé sur sa première face 51 d'un ensemble de contacts affleurants 52- 1 à 52-10 dont certains sont placés en regard d'un trou traversant le support non représenté sur la figure de façon à le recouvrir. Les contacts affleurants recouvrant chacun un trou traversant sont généralement au nombre de 6: 52-2, 52-3, 52-4, 52-7, 52-8 et 52-9. La seconde face 53 du module représentée sur la figure 6 comprend un motif réalisé par sérigraphie d'encre conductrice ou sérigraphie d'un polymère conducteur réalisée en continu sur la seconde face du film 50. L'encre conductrice est de type encre époxy chargée de particules d'argent ou de particules d'or. Le motif représenté en noir sur la figure 6 est constitué de cinq premières pistes de liaison 54 reliant chacune 5 des contacts 52 à un emplacement adapté à recevoir un plot de connexion de la puce et de deux secondes pistes de liaison 56 et 58 destinées à relier deux des plots de connexion de la puce aux plots de connexion de l'antenne de la carte. La liaison entre les premières pistes de liaison 54 et les plages de contact 52-2, 52-3, 52-4, 52-7 et 52-9 se fait par l'intermédiaire des trous traversants, l'extrémité 55 de chacune des premières pistes formant une surface supérieure à la surface du trou afin de recouvrir celui-ci. Les extrémités 57 et 59 des secondes pistes de liaison 56 et 58 forment deux plots de raccordement positionnés de manière à être distants des bords du module de 1,5 mm environ et centrés par rapport aux deux autres bords du module. En référence à la figure 7, la puce de circuit intégré 60 sur laquelle sont soudés des plots de connexion de préférence en or, est ensuite reportée par collage à l'aide d'une colle non conductrice sur la seconde face 53 du module électronique de manière à ce que les plots de connexion de la puce se positionnent en regard des extrémités des cinq premières pistes de liaison 54. Une pression est ensuite appliquée sur la puce afin que les plots de la puce pénètrent dans l'emplacement prévu des pistes de liaison 54, 56 et 58. Le module double face ainsi constitué est ensuite détaché de son support puis collé sur la carte et connecté aux plots de connexion de l'antenne noyée dans la carte. Le corps de carte à puce 61 au format standard 85,6 mm x 54 mm illustré sur la figure 8, comprend plusieurs couches laminées ensemble autour d'un support sur lequel est sérigraphiée une antenne dont les deux extrémités forment les deux plots de connexion. L'antenne est de préférence constituée d'une encre conductrice de type époxy chargée d'argent ou d'un polymère conducteur. Une cavité est fraisée dans le corps de carte. Elle comprend une portion interne 62 d'épaisseur égale à 400 pm recevant la puce 60 et une portion externe 64 d'épaisseur égale à 180 pm recevant la partie du circuit constituant les plages de contacts affleurants. Deux puits 66 sont également fraisés dans la cavité externe et permettent de dégager les plots de connexion de l'antenne. L'étape suivante consiste à insérer le module en utilisant une colle permettant de le fixer sur la cavité externe et une colle conductrice permettant de connecter le module aux plots de connexion de l'antenne dégagés grâce aux deux puits 66. De la colle conductrice est d'abord coulée au fond des deux puits 66 jusqu'aux plots d'antenne de la carte. De la colle de type cyanoacrylate est ensuite placée sur le pourtour de la cavité externe 64 de façon à former une bande continue de colle qui passe entre les cavités 66 et le bord de la cavité externe 64. La cavité interne 62 destinée à loger la puce est de petite taille par rapport à une cavité réalisée pour loger un module électronique encapsulé tel qu'illustré sur la figure 3. Ainsi, Les cavités réalisées pour dégager les plots d'antenne sont davantage centrées et sont avantageusement alignées selon une direction transversale de la carte. Ainsi, la surface de la cavité externe permet un collage sur 100% du contour du module selon la zone grisée 68. La surface 68 du collage du module selon l'invention est augmentée de 50% par rapport à la surface 40 et 42 de collage d'un module selon l'état de la technique. La fiabilité de la connexion entre le module et l'antenne est par conséquent nettement améliorée. Le module électronique ainsi réalisé a l'avantage d'être de faible épaisseur ce qui présente un certain nombre d'avantages par rapport à un module traditionnel où la puce est encapsulée. L'épaisseur maximale de la cavité fraisée dans le corps de carte est de l'ordre de 400 m au lieu de 600 m dans le cas d'un module électronique encapsulé. De façon avantageuse, la liaison électrique entre les plots de connexion de l'antenne et le module est réalisé grâce aux particules d'argent contenues d'une part dans le matériau conducteur coulé dans les puits de connexion 66 de la carte et dans l'encre sérigraphiée pour réaliser les secondes pistes de liaison 55 et 56 et les plots de raccordements 57 et 58 sur la seconde face du module et les plots d'antenne. Du fait des avantages que procure le module électronique selon l'invention et son moyen de connexion à l'antenne, les contraintes mécaniques exercées sur les connexions entre l'antenne et la puce sont diminuées. Cependant, il est possible de rendre ces connexions encore plus résistantes aux contraintes mécaniques en utilisant une colle conductrice composée d'un produit qui présente une consistance flexible et semirigide pour réaliser le joint électrique dans les cavités 66 de la carte tel que du silicone ou du polyuréthane. Comme pour l'encre de type époxy, le silicone ou le polyuréthane est chargé en argent en or ou en carbone afin de le rendre conducteur. Les particules d'argent représentent entre 40% et 65% en masse du produit final et ont une dimension de 30 à 230 m sachant que 80% des particules ont une taille inférieure ou égale à 55 m. La colle conductrice à base de silicone ou de polyuréthanne est mise en place dans les puits de connexion 66 de la carte afin de former un joint électrique entre l'antenne et le module et polymérise à température ambiante sans interagir avec la colle de type cyanoacrylate utilisée pour coller le module car le silicone et le polyuréthane ne présentent aucune incompatibilité avec la colle de type cyanoacrylate. De plus, le caractère déformable du silicone et du polyuréthane, après polymérisation, rend le joint électrique plus résistant aux contraintes mécaniques de cisaillement. Des essais mécaniques de type tests de rupture réalisés sur des cartes équipées d'une connexion électrique de ce type entre le module et l'antenne ont révélé que la carte est capable de subir 25% de plus de tests de rupture que les cartes munies de joints électriques de type époxy chargés en argent. REVENDICATIONS 1. Module électronique double face d'une carte à puce hybride contact sans contact réalisé sur un support non conducteur et adapté pour venir se coller dans une cavité de la carte et se connecter aux plots de connexion de l'antenne noyée dans la carte, ledit module comprenant sur la première face du support une plage de contacts (52-1 à 52-10), certains des contacts recouvrant chacun un trou traversant le support, ladite plage étant adaptée pour former les contacts affleurant la surface de la carte, caractérisé en ce que sur sa seconde face sont sérigraphiées d'une part des premières pistes de liaison (54) reliées par leur premières extrémités (55) aux trous traversants et par l'autre extrémité aux plots de connexion de la puce et d'autre part des secondes pistes de liaison (56 et 58) reliées chacune respectivement d'un côté à un plot de raccordement sérigraphié (57 et 59) et de l'autre à deux des plots de connexion de la puce, lesdits plots de raccordement étant positionnés de façon à être en regard des plots de connexion de l'antenne et connectés à eux par l'intermédiaire d'un matériau conducteur formant un joint électrique. 2. Module électronique selon la revendication 1, dans lequel l'antenne et les plots de connexion sont réalisés par sérigraphie d'encre conductrice chargée de particules d'argent. 3. Module électronique selon la revendication 2, dans lequel la sérigraphie des premières pistes de liaison (54) et (56 et 58) et des plots de raccordements (57 et 59) est réalisée à l'aide d'une encre conductrice chargée de particules d'argent. 4. Module électronique selon la revendication 1, dans 35 lequel le joint électrique reliant les plots de connexion de l'antenne au module sont réalisés à l'aide d'une colle de type époxy chargée de particules d'argent. 5. Module électronique selon la revendication 3, dans lequel le joint électrique reliant les plots de connexion de l'antenne au module sont réalisés à l'aide de silicone chargé de particules d'argent. 6. Module électronique selon la revendication 3, dans lequel le joint électrique reliant les plots de connexion de l'antenne au module sont réalisés à l'aide de polyuréthane chargé de particules d'argent.