Brevet FR2914087A1 — publié le 20080926

PROCEDE DE FABRICATION DE RADIO-ETIQUETTE La présente invention concerne un procédé permettant de fabriquer une radio-étiquette, c'est à dire une étiquette destinée à être apposée sur un objet, afin de permettre la mise en oeuvre d'un procédé d'identification de cet objet par radio, généralement connu sous le nom de technologie RFID. La technologie RFID est utilisée pour l'identification d'objets à courte distance. Le principe de cette identification est le suivant : on appose, sur les objets à identifier, une étiquette capable de répondre à une sollicitation de la part d'un lecteur RFID, ce lecteur consistant en un émetteur de radiofréquences. Les étiquettes peuvent être des dispositifs passifs ou actifs. Les étiquettes passives sont des dispositifs activés uniquement lors du passage d'un lecteur RFID. Une étiquette RFID est généralement composée des éléments suivants : - une antenne capable d'émettre et/ou recevoir des ondes radioélectriques, - une puce électronique, par exemple réalisée en silicium, et - un substrat ou une encapsulation permettant la mise en communication des deux éléments précédents. Les techniques actuellement utilisées pour la fabrication de ces étiquettes mettent en oeuvre plusieurs étapes de fabrication séparées. Ainsi, on réalise tout d'abord le circuit électronique RFID sous forme d'un circuit intégré sur un substrat, pour former une puce électronique. Ensuite, on réalise l'antenne radio, et on réunit, au cours d'une étape d'assemblage, ces deux éléments sur un même substrat ou dans un même boîtier. Au cours de l'étape d'assemblage, l'antenne est, par exemple, collée ou soudée sur la puce. L'inconvénient de ces techniques est qu'elles mettent en oeuvre plusieurs étapes successives, ce qui s'avère coûteux en termes de temps et de coûts de fabrication, ainsi qu'en termes d'espace pour l'installation des équipements de fabrication. La présente invention vise à proposer un procédé de fabrication permettant de supprimer au moins l'une des étapes précitées, afin de permettre une réduction des coûts et/ou de la taille du composant et/ou de la durée de fabrication. Ainsi, l'invention concerne un procédé de fabrication d'étiquette destinée à être mise en oeuvre dans un système de radio-identification, le procédé comprenant l'étape de réaliser sur un substrat un circuit électronique de radio-identification, dit circuit RFID, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de réaliser sur ledit substrat une antenne permettant de recevoir et/ou d'émettre des signaux radios. Dans ce procédé, l'antenne est directement intégrée dans la puce électronique contenant le circuit RFID. Ceci permet de supprimer des étapes de fabrication, puisqu'il n'est plus nécessaire d'effectuer un assemblage à l'issue des étapes de fabrication des différents composants de l'étiquette ; en effet, les éléments sont directement intégrés dans un même circuit. Le procédé ici décrit met en oeuvre des techniques classiques de fabrication de circuits intégrés. Cette fabrication est basée sur l'utilisation de masques sur lesquels on dessine le circuit électronique, ces masques étant ensuite utilisés pour impressionner plusieurs plaques photographiques, appelées réticules. Les réticules sont réduits à la taille définitive du circuit intégré, par exemple par un procédé de photogravure, et sont ensuite recopiés sur un substrat pour former le circuit intégré. Dans un procédé conforme à l'invention, on dessine une antenne sur un des réticules, ce qui a pour conséquence l'intégration de cette antenne dans le circuit intégré finalement réalisé. Ainsi, l'antenne est réalisée dans le même matériau que l'un des niveaux d'interconnexions du circuit intégré. Parmi les matériaux utilisables pour réaliser ce niveau destiné à recevoir l'antenne, on peut citer l'aluminium, l'aluminium-silicium, l'aluminium-silicium-cuivre, l'aliminium-cuivre, le cuivre, ou n'importe lequel de ces composés associés avec du titane. Le dessin de l'antenne est, préférablement, optimisé en fonction de la gamme de fréquence de fonctionnement choisie, ainsi que des performances de transmission souhaitées. Ces performances sont, par exemple, exprimées en terme de portée des ondes, afin de pouvoir utiliser le dispositif de radio-identification dans un rayon variant de quelques centimètres à quelques mètres. Les antennes utilisées dans les systèmes de radio-identification présentent une surface relativement importante, puisqu'elles ont une taille de l'ordre de plusieurs centimètres carrés. Les contraintes sur la taille des antennes découlent des lois physiques de l'électromagnétisme, et plus particulièrement de celles de la radioélectricité. En effet, il existe un rapport direct entre la fréquence d'utilisation d'une antenne et la longueur et/ou le diamètre du conducteur utilisé pour sa fabrication. Le matériau utilisé pour cette fabrication peut également, dans une moindre mesure, avoir une influence sur les dimensions de la dite antenne. Or, les circuits électroniques RFID sont réalisés sur des substrats tels que des substrats de silicium, qui sont des matériaux coûteux. En conséquence, la réalisation d'antennes de cette taille directement intégrées dans un circuit électronique peut parfois s'avérer relativement coûteuse, car elle nécessite l'utilisation de grandes plaques de silicium, ou autre matériau semi-conducteur. On a donc envisagé la possibilité de proposer un procédé au cours duquel on fabrique une antenne de taille plus petite que les antennes classiques existantes, ce qui implique donc une désadaptation d'impédance à la fréquence d'utilisation souhaitée. Pour pallier à ce problème, le procédé comprend une étape supplémentaire au cours de laquelle on réalise un dispositif d'adaptation d'impédance, permettant une association correcte de l'antenne et du circuit RFID. L'utilisation d'un tel dispositif d'adaptation d'impédance est impératif pour un fonctionnement correct de l'ensemble. Ce dispositif peut induire des pertes de quelques décibels, mais ces pertes n'affectent pas de façon trop importante le fonctionnement de l'antenne. En effet, pour une application à courte distance telle que celle de la radio-identification, il n'est pas utile d'obtenir un gain unitaire ou supérieur, puisque les utilisations se cantonnent sur quelques dizaines ou centaines de centimètres, ceci en tenant compte de la perte de puissance due au circuit d'adaptation d'impédance. En conséquence, l'utilisation du circuit d'adaptation d'impédance dans une radio-étiquette selon l'invention permet de diminuer les coûts de fabrication, sans affecter les performances de cette étiquette. L'adaptation de l'impédance de l'antenne doit être précisément effectuée, afin de ne pas dégrader les performances de fonctionnement de l'antenne et du circuit RFID. Ainsi, on détermine, en fonction de la taille de l'antenne que l'on souhaite obtenir et du circuit électronique, les caractéristiques du circuit adaptateur d'impédance à réaliser. Toutefois, il peut s'avérer qu'à l'issue de la fabrication, les caractéristiques des différents éléments diffèrent légèrement des valeurs initialement prévues. Il est donc utile de pouvoir, après avoir effectué un test de l'étiquette, modifier les paramètres de l'adaptation d'impédance. A cet effet, le procédé comprend une étape de réalisation, sur le substrat, d'un circuit de commande du dispositif d'adaptation d'impédance. Grâce à ce circuit de commande, un réglage fin peut être envisagé au terme des étapes de réalisation de l'ensemble. Le circuit de commande ne permet toutefois pas de faire varier l'adaptation de manière trop importante. Il est donc nécessaire que les paramètres des différents éléments de la radio-étiquette soient choisis au préalable. Ainsi, les paramètres de l'antenne sont, par exemple, choisis en fonction des paramètres du circuit RFID et/ou du circuit d'adaptation d'impédance. En effet, le circuit électronique a une impédance de sortie fixe à laquelle il est nécessaire de s'adapter. En conséquence, à partir de cette valeur fixée et des possibilités offertes par le dispositif d'adaptation, on pourra déterminer des ensembles de valeurs dans lesquels doivent se situer les paramètres de l'antenne. Plusieurs modes de réalisation ont été envisagés pour la mise en oeuvre du circuit d'adaptation. Dans un premier mode de réalisation, on utilise une adaptation mécanique, c'est à dire qu'on réalise, au cours d'une étape, un tronçon de ligne en dérivation entre l'antenne et le circuit électronique. Une telle ligne court-circuitée et placée en parallèle de la ligne entre l'antenne et le circuit est connue sous le nom de stub . L'adaptation d'impédance dépend de la longueur de cette ligne, ainsi que de sa position par rapport au circuit électronique, jouant ici le rôle de la charge. Pour déterminer les paramètres de la ligne, on peut utiliser des abaques, tels que l'abaque de Smith, qui permettent d'établir une relation entre les dimensions de la ligne et l'adaptation d'impédance réalisée, en fonction de la fréquence sous laquelle on souhaite travailler. Dans un deuxième mode de réalisation, le dispositif d'adaptation d'impédance est sous forme d'un circuit électronique comportant un ensemble de composants électroniques tels que des condensateurs et/ou bobines. Pour effectuer l'adaptation d'impédance, on met en oeuvre une commutation entre les bobines et les condensateurs. Ce mode de réalisation sera illustré ultérieurement à l'aide de figures. Les caractéristiques des bobines et/ou condensateurs présents dans le circuit dépendent des valeurs d'impédance que l'on souhaite obtenir. De manière avantageuse, les composants utilisés dans un tel circuit sont des composants variables, de façon à pouvoir être commandés par un circuit de commande ainsi que décrit précédemment. Dans un troisième mode, la réalisation du dispositif d'adaptation consiste en la réalisation d'un dispositif connu sous le nom d'adaptation gamma-match. Un curseur ajustable est positionné sur la ligne d'alimentation de l'antenne à l'endroit permettant d'obtenir l'adaptation souhaitée. Ainsi, dans une réalisation avantageuse, le curseur est commandé par un circuit de commande ainsi que décrit précédemment. L'invention concerne également une étiquette destinée à être mise en oeuvre dans un système de radio-identification, comprenant un circuit électronique de radio-identification, réalisé sur un substrat, et caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une antenne permettant de recevoir et/ou d'émettre des signaux radios, l'antenne étant réalisée sur le même substrat. En variante, une étiquette selon l'invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - elle comprend un dispositif d'adaptation d'impédance placé sur le substrat, entre l'antenne et le circuit RFID, -elle comprend un circuit de commande du dispositif d'adaptation d'impédance, - le dispositif d'adaptation prend la forme d'un tronçon de ligne placée en dérivation entre l'antenne et le circuit RFID, - le dispositif d'adaptation prend la forme d'un circuit électronique comprenant un ensemble de composants électroniques tels que des condensateurs et/ou bobines et - le dispositif d'adaptation prend la forme d'une ligne en parallèle de la liaison entre l'antenne et le circuit RFID, cette ligne étant court-circuitée à une extrémité et comportant une capacité en série à l'autre extrémité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront avec la description de certains de ses modes de réalisation, cette description étant effectuée à titre non limitatif à l'aide des figues sur 35 lesquels : 25 30 - la figure 1 montre un schéma fonctionnel d'une radio-étiquette conforme à l'invention, - les figures 2, 3, 4a, 4b et 4c montrent des exemples de réalisation de dispositif d'adaptation d'impédance utilisé dans une radio-étiquette conforme à l'invention, - les figures 5a, 5b et 5c montrent différentes configurations d'une antenne réalisée selon un procédé conforme à l'invention. Une radio-étiquette selon l'invention est formée d'un substrat de silicium 1, sur lequel sont installés un circuit électronique RFID 2 et une antenne radio 4. Cette radio-étiquette est destinée à fonctionner sous une fréquence de 2,450 GigaHertz. L'impédance 5 en sortie du circuit RFID est de l'ordre de 50 ohms. L'antenne radio 4 a une forme géométrique, par exemple carrée, de quelques millimètres de côté. L'impédance 6 à ses bornes, à la résonance, est différente de l'impédance du circuit RFID, qui est de 50 Ohms. En conséquence, il est nécessaire de réaliser une adaptation de cette impédance pour pouvoir correctement associer l'antenne et le circuit RFID. Cette adaptation est effectuée par un dispositif 3, dont deux modes de réalisation sont montrés sur les figures 2 et 3. Il est parfois utile que ce dispositif 3 d'adaptation d'impédance puisse être contrôlé par un utilisateur après réalisation de l'étiquette. A cet effet, la radio-étiquette comprend préférentiellement un circuit de commande 7 du dispositif d'adaptation d'impédance. Ce circuit de commande 7 peut être directement installé sur le substrat 1, comme montré ici, mais il peut également être extérieur à l'étiquette. Dans le cas où le dispositif d'adaptation d'impédance est sous la forme d'un circuit électronique, le circuit de commande est, par exemple, utilisé pour programmer certains composants ou l'ensemble du circuit. Dans une réalisation montrée sur la figure 2, le dispositif d'adaptation d'impédance 3 est sous la forme d'un stub ouvert ou en court- circuit, c'est à dire un tronçon de ligne de transmission 10, monté en dérivation entre le circuit RFID 2 et l'antenne radio 4. L'adaptation d'impédance réalisée par ce procédé dépend de la longueur du tronçon de ligne 10, ainsi que de la position de cette ligne par rapport au circuit RFID. Le tronçon de ligne est, par exemple, réalisée au moment de la fabrication du circuit intégré, en étant dessiné sur un des réticules au cours d'un procédé de fabrication de l'ensemble du circuit intégré de la radio-étiquette, comme décrit au début de la présente demande. Une autre réalisation du dispositif d'adaptation d'impédance, appelée gamma-match, est montrée sur la figure 3. Le principe de ce dispositif est de modifier la connexion entre l'antenne et le circuit RFID en introduisant un tronçon de ligne entre le circuit RFID 2 et l'antenne 4. Ce tronçon comporte, à une extrémité, un condensateur en série 12. Il est par ailleurs muni d'un curseur 11 permettant de régler sa longueur. L'adaptation d'impédance est réalisée en modifiant la longueur du tronçon de ligne et la capacité du condensateur. Une troisième réalisation, montrée sur les figures 4a, 4b et 4c illustre le cas dans lequel le dispositif d'adaptation d'impédance est sous forme d'un circuit électronique. Sur ces figures, on voit que le circuit RFID 2 et l'antenne 4 sont reliés via un circuit électronique comportant au moins une inductance variable et au moins un condensateur variable. Dans l'exemple de la figure 4a, le circuit électronique d'adaptation d'impédance comprend une inductance variable 13 commandée par le circuit RFID. Un condensateur 14 est placé en parallèle de cette inductance 13 et de l'antenne 4. Dans l'exemple de la figure 4b, le circuit électronique est composé d'un condensateur 15 monté en série du circuit RFID 2, et d'une inductance 16 en parallèle de l'antenne 4. Dans l'exemple de la figure 4c, le circuit électronique comporte trois condensateurs 17, 18 et 19, ainsi qu'une inductance 20, chacun de ces composants étant variable. Les figures 5a, 5b et 5c illustrent différentes configurations possibles pour une antenne réalisée dans une étiquette conforme à l'invention. Ces différentes configurations sont destinées à être utilisées dans le cas où le dispositif d'adaptation d'impédance est sous forme d'un stub ou d'un gamma-match. Ainsi, sur chacune de ces figures, on voit apparaître une antenne 21, reliée à un dispositif d'adaptation d'impédance 22. Ce dispositif d'adaptation reçoit, sur une entrée, 23, un signal électrique issu du circuit RFID. On constate sur ces figures qu'il est possible de mettre en oeuvre un grand nombre de configurations géométriques pour la réalisation de l'antenne, ces configurations présentant généralement au moins une symétrie. Ainsi, sur les exemples montrés ici, les antennes présentent les symétries suivantes : - sur la figure 5a, une symétrie centrale, - sur la figure 5b, deux symétries axiales (verticale et horizontale), et - sur la figure 5c, une symétrie axiale par rapport à l'axe verticale. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de radio-étiquette destinée à être mise en oeuvre dans un système de radio-identification, le procédé comprenant l'étape de réaliser, sur un substrat (1), un circuit électronique de radio-identification (2), dit circuit RFID, et étant caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de réaliser, sur ledit substrat, une antenne (4) permettant de recevoir et/ou d'émettre des signaux radioélectriques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de réaliser sur ledit substrat (1) un dispositif d'adaptation d'impédance (3) entre l'antenne (4) et le circuit RFID (2). 3. Procédé selon la revendication 2, qu'il comprend l'étape de réaliser sur le substrat (1) un circuit de commande (7) du dispositif d'adaptation d'impédance (3). 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape préliminaire de déterminer les paramètres de l'antenne (4) en fonction des paramètres du circuit RFID (2) et/ou du dispositif d'adaptation d'impédance (3). 5. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape de réalisation du dispositif d'adaptation d'impédance (3) consiste en la réalisation d'un tronçon de ligne (10) en dérivation entre le circuit RFID (2) et l'antenne (4). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de déterminer la longueur du tronçon de ligne (10) en fonction de l'impédance (6) de l'antenne (4) et de l'impédance (5) du circuit RFID (2). 7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape de réalisation du dispositif d'adaptation d'impédance (3) consiste en la réalisation d'un ensemble de composants électroniques de type condensateur (14, 15, 17, 18, 19) et/ou bobine (13, 16, 20). 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'étape de réalisation du dispositif d'adaptation d'impédance (3) consiste en la réalisation d'une ligne de liaison supplémentaire entre l'antenne (4) et le circuit RFID (2), cette ligne étant court-circuitée à une extrémité et comportant une capacité (12) en série à l'autre extrémité. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les différentes étapes de réalisation sont effectuées simultanément. 10. Radio-étiquette destinée à être mise en oeuvre dans un système de radio-identification, comprenant un circuit électronique de radio-identification (2), réalisé sur un substrat (1), caractérisé en ce qu'elle comprend en outre une antenne (4) permettant de recevoir et/ou d'émettre des signaux radios, l'antenne (4) étant réalisée sur le même substrat (1). 11. Radio-étiquette selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif d'adaptation d'impédance (3) placé sur le substrat (1), entre l'antenne (4) et le circuit RFID (2). 12. Radio-étiquette selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comprend un circuit de commande (7) du dispositif d'adaptation d'impédance (3). 13. Radio-étiquette selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que le dispositif d'adaptation (3) prend la forme d'un tronçon de ligne (10) placée en dérivation entre l'antenne (4) et le circuit d'impédance (2). 14. Radio-étiquette selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que le dispositif d'adaptation (3) prend la forme d'un circuit électronique comprenant un ensemble de composants électroniques tels que des condensateurs (14, 15, 17, 18, 19) et/ou bobines (13, 16, 20). 15. Radio-étiquette selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que le dispositif d'adaptation (3) prend la forme d'une ligne de liaison supplémentaire entre l'antenne (4) et le circuit RFID (2), cette ligne étant court-circuitée à une extrémité et comportant une capacité (12) en série à l'autre extrémité.