Brevet FR2905494A1 — publié le 20080307

DISPOSITIF ELECTRONIQUE A MODULE A CIRCUIT INTEGRE ET ANTENNE RACCORDES PAR DES CONNEXIONS ELECTRIQUES CAPACITIVES L'invention est relative aux dispositifs électroniques renfermant un module à circuit intégré et une antenne permettant au module à circuit intégré d'établir une communication sans contact avec un équipement électronique externe. Elle concerne notamment, mais non exclusivement, les dispositifs électroniques portables à corps plat déformables, d'une épaisseur inférieure au millimètre comme les cartes à puce dites "dual interface" car comportant deux interfaces de communication : une interface utilisant des contacts électriques et une interface sans contact utilisant une antenne boucle magnétique interne, les cartes à puce de type simple interface de communication sans contact, les passeports à puce sans contact, etc.. Elle concerne également, les clefs électroniques pourvues de moyens de communication sans contact. Le problème posé par ces dispositifs électroniques est celui de la fiabilité des connexions électriques entre l'antenne et le module à circuit intégré. Ces connexions électriques sont habituellement réalisées par soudure à l'aide de pâtes en alliages métalliques (étain-plomb, indiumcadmium-plomb ou indium-étain le plus souvent) ou par collage à l'aide de colles conductrices. Les efforts de cisaillement qu'elles subissent inévitablement au cours de leur vie du fait de tensions mécaniques provoquées notamment par des flexions du corps du dispositif électronique sont à l'origine de rupture des soudures ou du collage entraînant une coupure irréversible ou intermittente des contacts électriques qu'elles assurent. Pour résoudre ce problème de fiabilité des connexions électriques entre l'antenne et le module à circuit intégré d'une carte à puce dual interface, il a été proposé notamment, dans la demande de brevet japonais JP 2004295772, d'utiliser, entre l'antenne et le module à circuit intégré, des connexions électriques capacitives plutôt que conductrices car celles-ci restent opérationnelles en cas de rupture de leur liaison pourvu que les plages conductrices en regard restent en place, ce qui est le cas tant que la 2905494 2 carte à puce n'est pas mise en morceaux. Ces connexions électriques capacitives dont une armature est portée par le corps de la carte à puce et l'autre par le module à circuit intégré sont obtenues, comme décrit dans la demande de brevet japonais précitée JP 2004295772, par un dépôt 5 supplémentaire d'un film isolant de polyimide sur les plages conductrices de contact du module à circuit intégré avant l'insertion du module à circuit intégré dans une cavité du corps de la carte et le collage des plages conductrices de contact du module à circuit intégré à celles de l'antenne par l'habituelle colle conductrice. 10 Ce dépôt supplémentaire d'un film isolant de polyimide sur les plages conductrices de contact d'antenne du module à circuit intégré ajoute une étape à la fabrication d'une carte à puce sans contact qui nécessite de prévoir une machine capable de déposer un tel film isolant et qui renchérit les coûts de production. 15 Comme les connexions électriques capacitives influent sur les propriétés électromagnétiques de l'antenne et de son couplage au module à circuit intégré, leur réalisation pose en outre le problème de l'obtention de valeurs stables de capacité, reproductibles industriellement et donc de la maîtrise de la distance de séparation des plages de conductrices en regard 20 formant les armatures des connexions. La présente invention a pour but de résoudre les problèmes précités en vue d'améliorer la fiabilité de ces dispositifs tout en en limitant autant qu'il est possible, le coût de production. 25 Elle a pour objet un dispositif électronique pourvu d'un corps comportant un module à circuit intégré et une antenne qui permet au module à circuit intégré d'établir une communication sans contact avec un équipement électronique externe et qui est raccordée au module à circuit 30 intégré par des connexions électriques capacitives avec, en regard, deux armatures de condensateur, l'une portée par le corps et l'autre par le module à circuit intégré. Ce dispositif est remarquable en ce que son corps présente des butées d'espacement sur lesquelles le module à circuit intégré prend appui pour délimiter l'écartement des armatures de condensateur des connexions électriques capacitives. 2905494 3 Avantageusement, les butées d'espacement délimitent un écartement entre les armatures de condensateur d'une connexion électrique capacitive de l'ordre de 301.tm à 60 m. Avantageusement, lorsque le module à circuit intégré est disposé 5 dans une cavité du corps, avec les armatures de condensateur de ses connexions électriques capacitives sensiblement parallèles au fond de la cavité, les butées d'espacement sont constituées par des épaulements ménagés à la périphérie de la cavité. Avantageusement, l'espace résiduel entre les armatures de 10 condensateur en regard d'une connexion électrique capacitive est rempli par un adhésif isolant. Avantageusement, l'espace résiduel entre les armatures de condensateur en regard d'une connexion électrique capacitive est rempli par un adhésif électriquement isolant mélangé à des particules diélectriques. 15 Avantageusement, l'espace résiduel entre les armatures de condensateur en regard d'une connexion électrique capacitive est rempli par un adhésif électriquement isolant mélangé à des particules d'alumine ou de verre. Avantageusement, dans une connexion électrique capacitive, 20 l'une des armatures de condensateur est revêtue d'une couche d'encre électriquement non-conductrice, polymérisable, mélangée à des particules diélectriques, et déposée par sérigraphie. Avantageusement, dans une connexion électrique capacitive, l'armature de condensateur reliée au module à circuit intégré est revêtue 25 d'une couche d'encre électriquement non-conductrice, polymérisable, mélangée à des particules diélectriques et déposée par sérigraphie. Avantageusement, dans une connexion électrique capacitive, l'armature de condensateur reliée à l'antenne est enterrée sous une lame de diélectrique faisant partie du corps du dispositif. 30 Avantageusement, lorsque le module à circuit intégré est disposé dans une cavité du corps du dispositif, les armatures de condensateur des connexions électriques capacitives sont situées sensiblement sur toute la périphérie de la cavité et du module. 2905494 4 Avantageusement, la ou les substances utilisées entre les armatures de condensateur d'une connexion électrique capacitive sont diélectriques avec une permittivité supérieure ou égale à 2. Avantageusement, la ou les substances utilisées entre les 5 armatures de condensateur d'une connexion électrique capacitive sont diélectriques avec une permittivité supérieure ou égale à 4. Avantageusement, l'une des armatures de condensateur d'une connexion électrique capacitive est plus petite que l'autre pour permettre de garder une capacité constante malgré des erreurs de positionnement du o module dans le corps du dispositif. Avantageusement, l'une des armatures de condensateur d'une connexion électrique capacitive est plus petite que l'autre, de l'ordre de 5001,tm par côté, pour permettre de garder une capacité constante malgré des erreurs de positionnement du module dans le corps du dispositif. 15 Avantageusement, le dispositif est une carte à puce sans contact. Avantageusement, le dispositif est une carte à puce dual interface. Avantageusement, le dispositif est un passeport sans contact. Avantageusement, le dispositif est une clef électronique à antenne. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple. Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel : - une figure 1 est une vue de dessus montrant en transparence, 25 un exemple de disposition d'un module à circuit intégré et d'une antenne boucle au sein d'une carte à puce sans contact, et - des figures 2, 3 et 4 sont des vues partielles en coupe transversales, d'une carte à puce montrant différentes réalisations conformes à l'invention, de connexions électriques capacitives entre le module à circuit 30 intégré et l'antenne boucle d'une carte à puce sans contact. Comme montré à la figure 1, une carte à puce à interface de communication sans contact comporte un corps 1 plat, flexible, en plastique au format d'une carte bancaire, renfermant dans une cavité 3, un module 2 à 35 circuit intégré 20 et, dans son épaisseur, une antenne inductive destinée à la 2905494 5 fois à échanger des informations et recevoir l'énergie nécessaire au fonctionnement du module 2 par couplage électromagnétique avec un équipement de lecture extérieur. L'antenne est par exemple accordée sur une fréquence d'environ 5 13,56 Mhz, conformément à la norme ISO 14443. Sa partie inductive est formée de spires conductrices 10, par exemple en cuivre photogravé, portées par les deux côtés d'un film isolant 11 appelé couramment inlay, placé en sandwich entre deux feuilles de polymères PVC, PET ou autres pour réaliser par laminage à chaud le corps 1 de carte. io Les spires conductrices de l'antenne se terminent par des plages conductrices 12, 13 reportées sur un même côté du film isolant 11 grâce à un pontage auxiliaire 14A, 14B, 15 et positionnées dans la cavité 3 de logement du module 2. Le module 2 comporte un substrat support couramment appelé 15 vignette supportant, sur sa face tournée vers le fond de la cavité, le ou les circuits intégrés 20, des plages conductrices de raccordement d'antenne 22, 23 venant en regard de celles 12, 13 de l'antenne, des conducteurs d'interconnexion et, éventuellement, des microcomposants 21 tels que des condensateurs assurant des fonctions de polarisation et d'accord d'antenne. 20 Bien que non représenté dans un but de simplification, le substrat du module 2 présente habituellement, sur sa face opposée au fond de la cavité, un jeu de contacts électriques accessibles de l'extérieur de la carte 1 et disposés conformément à la norme ISO7816-2, rendant également possible un raccordement par contacts avec un équipement de lecture. 25 Comme indiqué précédemment, les connexions entre les plages conductrices de raccordement des éléments de l'antenne logés dans l'épaisseur du corps 1 de la carte et les plages conductrices de raccordement d'antenne du module 2 sont des connexions capacitives afin d'éviter les problèmes de fiabilité dus aux ruptures des connexions conductrice lors des 30 flexions mécaniques inévitables subies par la carte à puce au cours de sa durée d'utilisation. Pour ces connexions, la valeur de la capacité qui influe sur les propriétés de l'antenne, est directement liée : - à la surface en regard des plages conductrices qui constituent les armatures du condensateur, 35 - à la distance séparant ces plages conductrices en regard, et 2905494 6 - à la permittivité du milieu isolant de séparation. La distance de séparation est le critère le plus mal maîtrisé lors du montage par collage du module 2 dans le corps 1 de la carte à puce du fait de l'imprécision de l'épaisseur finale de la couche de colle. 5 Pour mieux maîtriser la distance d'écartement des armatures de condensateur des connexions électriques capacitives entre les éléments d'antenne logés dans le corps 1 de la carte à puce et le module 2, le corps 1 de la carte à puce est pourvu de butées d'espacement sur lesquelles le substrat du module 2 vient directement reposer une fois inséré dans la cavité 10 3. Comme montré sur les figures 2 à 4, ces butées d'espacement peuvent être constituées d'un épaulement situé le long des bords intérieurs de la cavité 3. La figure 2 montre en coupe transversale, un premier exemple de structure de connexion électrique capacitive avec butée d'espacement, entre 15 un module à circuit intégré en place dans la cavité lui servant de logement et un élément d'antenne logé dans l'épaisseur de la carte à puce. Cette coupe est une coupe transversale partielle d'une carte à puce sans contact, faite au niveau du bord de la cavité 3 logeant le module 2, où se situent les plages conductrices 12 et 22 à raccorder de manière capacitive. 20 On distingue dans la partie gauche de cette figure 2, la structure lamellaire du corps 1 de la carte à puce avec le film isolant 11 ou inlay supportant la plage conductrice 12 et des éléments d'antenne interconnectés, pris en sandwich entre deux couches de plastique 15, 16 servant à la fois de protection et de support d'impression et, dans la partie 25 supérieure droite, un morceau du substrat 25 du module 2 à circuit intégré 20 supportant une plage conductrice 22 pour raccordement d'antenne, raccordée par un fil conducteur de connexion 26 à un circuit intégré 20. Le profil du bord de la cavité 3 présente deux gradins intermédiaires, le premier 30, le plus enfoui, laissant apparaître la surface de la plage conductrice 12 30 utilisée dans la connexion électrique capacitive et le deuxième 31, le plus proche du bord de la cavité 3, constituant un épaulement ou butée d'espacement 32, sur lequel le substrat 25 du module 2 vient prendre appui afin de délimiter la profondeur d'enfoncement du module 2 dans la cavité 3 et donc l'écartement des plages conductrices 12 et 22 constituant les armatures 35 de condensateur de la connexion électrique capacitive. 2905494 7 Le gradin 31 déterminant l'écartement entre les plages conductrices 12, 22 présente avantageusement une hauteur de 45 m +/-10gm. La surface de la périphérie du substrat 25 du module 2 est 5 dimensionnée pour pouvoir loger les surfaces de plages conductrices nécessaires à l'obtention de la capacité désirée pour chaque connexion électrique capacitive. Celles-ci occupent avantageusement, la majeure partie de la périphérie du substrat 25. Bien que cela n'apparaissent pas dans les figures où les plages 10 conductrices 12, 22 constituant les armatures de condensateur d'une connexion électrique capacitive ne se distinguent pas de leurs pattes de connexion, les plages conductrices 12, 22 sont de dimensions légèrement différentes, l'une étant plus petite que l'autre, par exemple de 500 m par côté, pour permettre de garder une capacité constante malgré des erreurs de 15 positionnement du module 2 dans la cavité 3 du corps 1 de la carte à puce. Le matériau plastique de la couche 15 dans laquelle est taillé le gradin 31 constituant la butée d'espacement 32 est choisi de manière à présenter une dureté suffisante pour conserver l'épaisseur de la butée lors de l'opération de lamination conduisant à l'obtention du corps de carte. II peut 20 être lui-même formé d'un empilement de plusieurs couches, le gradin 31 étant taillée dans une couche présentant les propriétés de dureté adéquates. Le volume délimité par les surfaces en vis à vis des plages conductrices 12, 22 formant les armatures de condensateur de la connexion électrique capacitive est rempli d'une colle électriquement isolante 40 par 25 exemple de type "Hot Melt" activable à des températures de l'ordre de 110 C à 150 C. Pour augmenter la permittivité de la connexion électrique capacitive, la colle électriquement isolante 40 peut être mélangée à des particules diélectriques d'alumine ou de verre. Elle a de préférence une permittivité supérieure ou égale à deux et avantageusement, supérieure ou 30 égale à quatre. La figure 3 illustre une variante de structure pour une connexion électrique capacitive se différenciant de celle de la figure 3 par la présence d'une couche intercalaire diélectrique 41 constituée d'une encre non-conductrice mélangée à des particules diélectriques d'alumine ou de verre et 2905494 8 déposée par sérigraphie sur la plage conductrice 12 portée par le substrat 25 du module 2. Une autre variante non illustrée consiste à déposer par sérigraphie une couche intercalaire diélectrique sur la plage conductrice 12 portée par le 5 corps 1 de la carte. La figure 4 illustre encore une autre variante de structure pour une connexion électrique capacitive se différenciant de celle de la figure 3 par le fait que la plage conductrice 12 portée par le corps 1 de la carte est enterrée sous une lame diélectrique 17 faisant partie intégrante du corps 1 de la carte o à puce. Les butées d'espacement ne sont pas nécessairement placées le long des bords de la cavité servant de logement au module à circuit intégré. Elles peuvent être situées à l'intérieur même de la cavité, à proximité des connexions électriques capacitives, en regard de surfaces d'appui libérées 15 pour elles sur le substrat du module à circuit intégré Les structures de connexion électriques capacitives qui viennent d'être décrites s'appliquent aux cartes à puce sans contact et dual interface ainsi qu'aux passeports sans contact et aux clef électroniques sans contact, notamment celles ayant les dimensions et/ou l'apparence d'une clef de type 20 USB (acronyme anglo-saxon pour" Universal Serial Bus), et plus généralement à tout dispositif électronique portable à interface de communication sans contact ayant un corps susceptible de subir des flexions, dans lequel est noyée une antenne et un module à circuit intégré. 25 REVENDICATIONS 1. Dispositif électronique pourvu d'un corps (1) comportant un module (2) à circuit intégré (20) et une antenne (10) qui permet au module (2) à circuit intégré (20) d'établir une communication sans contact avec un équipement électronique externe et qui est raccordée au module (2) à circuit intégré (20) par des connexions électriques capacitives avec, en regard, deux armatures (12, 22) de condensateur, l'une (12) portée par le corps (1) et l'autre (22) par le module (2) à circuit intégré (20), caractérisé en ce que son corps (1) présente des butées d'espacement (32) sur lesquelles le module (2) à circuit intégré (20) prend directement appui pour délimiter l'écartement des armatures (12, 22) de condensateur des connexions électriques capacitives. 2. Dispositif selon la revendicationl, caractérisé en ce que les butées d'espacement (32) délimitent un écartement entre les armatures (12, 22) de condensateur d'une connexion électrique capacitive de l'ordre de 30 m à 60 m. 3. Dispositif selon la revendication 1, ayant un module (2) à circuit intégré (20) disposé dans une cavité (3) du corps (1), avec les armatures (22, 23) de condensateur de ses connexions électriques capacitives sensiblement parallèles au fond de la cavité (3), caractérisé en ce que les butées d'espacement (32) sont constituées par des épaulements ménagés à la périphérie de la cavité. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace résiduel entre les armatures (12, 22) de condensateur en regard d'une connexion électrique capacitive est rempli par un adhésif isolant (40). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'espace résiduel entre les armatures (12, 22) de condensateur en regard d'une connexion électrique capacitive est rempli par un adhésif isolant (40) mélangé à des particules diélectriques. 2905494 10 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'espace résiduel entre les armatures (12, 22) de condensateur en regard d'une connexion électrique capacitive est rempli par un adhésif isolant (40) mélangé à des particules d'alumine ou de verre. 5 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une connexion électrique capacitive, l'une (12 ou 22) des armatures de condensateur est revêtue d'une couche (41) d'encre non-conductrice polymérisable, mélangée à des particules diélectriques, et déposée par to sérigraphie. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que, dans une connexion électrique capacitive, l'armature (22) de condensateur reliée au module (2) à circuit intégré (20) est revêtue d'une couche (41) d'encre 15 non-conductrice polymérisable, mélangée à des particules diélectriques, et déposée par sérigraphie. 9. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans une connexion électrique capacitive, l'armature (12) de condensateur reliée à 20 l'antenne (10) est enterrée sous une lame de diélectrique (17) faisant partie du corps (1). 10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les armatures (12, 22 ; 13, 23) de condensateur des connexions électriques 25 capacitives sont situées sensiblement sur toute la périphérie de la cavité (3) et du module (2). 11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume séparant les armatures (12, 22) de condensateur d'une connexion 30 électrique capacitive est rempli d'un diélectrique ayant une permittivité supérieure ou égale à 2. 12. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le volume séparant les armatures (12, 22) de condensateur d'une connexion 2905494 11 électrique capacitive est rempli d'un diélectrique ayant une permittivité supérieure ou égale à 4. 13. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une 5 des armatures (12 ou 22) de condensateur d'une connexion électrique capacitive est plus petite que l'autre pour permettre de garder une capacité constante malgré des erreurs de positionnement du module dans le corps du dispositif. 10 14. Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'une des armatures (12 ou 22) de condensateur d'une connexion électrique capacitive est plus petite que l'autre, de l'ordre de 5001am par côté, pour permettre de garder une capacité constante malgré des erreurs de positionnement du module dans le corps du dispositif. 15 15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est une carte à puce sans contact. 16. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est 20 une carte à puce dual interface.