Brevet FR2915011A1 — publié le 20081017

L'invention concerne une carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, ladite carte comportant un module microélectronique et un corps de carte pourvu d'une cavité apte à recevoir le module microélectronique, ledit module microélectronique étant composé d'un substrat portant sur une première face un bornier de contacts électriques et portant sur une seconde face une première puce microélectronique électriquement reliée audit bornier de contacts électriques et une seconde puce électriquement reliée aux bornes d'une antenne dont les spires sont disposées ~o sur la seconde face du substrat du module électronique. Il existe déjà dans l'état de la technique, des cartes à puce à fonctionnement mixte capables de communiquer aussi bien en mode avec contact qu'en mode sans contact, avec un lecteur de cartes à puce. La plupart de ces cartes à puce connues présente un module microélectronique pourvu de 15 contacts, ledit module comportant d'une part une puce dont le mode de fonctionnement est uniquement à contact, et d'autre part un ensemble électronique situé dans le corps de carte et constitué d'une puce dont le mode de fonctionnement est uniquement sans contact, ladite puce sans contact étant reliée à une antenne elle aussi disposée sur le corps de carte. 20 Ce type de carte est plus communément appelée carte hybride, et dans une telle carte, les applications logicielles qui s'exécutent dans la puce à contact sont en général indépendantes de celles qui s'exécutent dans la puce sans contact, à la différence des cartes dites duales ou à interfaces de communication combinées, dans lesquelles l'interface de communication à 25 contact et l'interface de communication sans contact ont accès toutes deux à une seule et même puce. Parmi l'ensemble des cartes à double interface de communication , les cartes de type hybride connues dans l'état actuel de la technique comportent d'une part un module électronique à contact, qui porte une 30 première puce destinée au mode de fonctionnement à contact, laquelle est reliée à un bornier de connexion à contacts permettant la mise en relation 2 2915011 avec des contacts homologues d'un lecteur de cartes à puce à contact. Ces cartes hybrides connues comportent d'autre part une carte en matière plastique, appelée un insert, ou inlay en terminologie anglo-saxonne, et qui porte à son tour une antenne connectée à une seconde puce 5 microélectronique, destinée au mode de fonctionnement sans contact par communication radiofréquence avec un lecteur de carte à puce sans contact. Dans ce premier type de cartes hybrides connues, la structure de l' insert sans contact coexiste donc avec la structure du module électronique à contact, les deux étant incorporés de façon superposée dans l'épaisseur du ~o corps de la carte à puce. Cette structure procure en général une bonne portée à l'interface de communication sans contact, compte tenu de la taille importante de l'antenne, mais elle pose une série de problèmes de réalisation de la carte dans son ensemble. 15 En effet, ces cartes hybrides du premier type sont généralement fabriquées suivant les étapes suivantes : - fabrication d'un insert constitué de couches de matériaux plastiques à l'intérieur desquelles se trouve une puce reliée à une antenne. Ces antennes peuvent être fabriquées en utilisant les méthodes bien connues 20 utilisant des fils de cuivre incrustés, ou l'impression d'encre conductrice ou la gravure des spires en cuivre de l'antenne sur la matière interne du corps de carte. - fabrication du micromodule électronique comportant la puce reliée au bornier de contacts électriques. 25 - usinage dans le corps de carte de la cavité permettant le logement du module électronique. collage du micromodule électronique . Ces méthodes de fabrication de ce type de cartes posent actuellement un certain nombre de problèmes, parmi lesquels la nécessité 30 de fabriquer des corps de cartes dont les deux faces sont imprirnées et qui peuvent aussi comporter des sécurités physiques comme des encres dites 3 2915011 UV, sensibles aux rayons ultraviolets, notamment dans le cas de cartes dédiées à des applications de contrôle d'identité. Compte tenu de ces étapes d'impression, qui sont délicates, les procédés de fabrication des corps de cartes engendrent des rendements de fabrication assez faibles. 5 Or, comme l'impression est effectuée sur des cartes déjà assemblées qui comportent déjà à bord toute l'électronique, à savoir le module électronique à contact et l' insert portant la puce sans contact et son antenne, un défaut d'impression d'une carte entraîne aussi la perte des deux puces, qui sont les composantes les plus onéreuses de la carte. C)n voit donc ~o que le coût des cartes hybrides fabriquées selon ce procédé est relativement élevé, compte tenu du rendement relativement faible des étapes d'impression. En plus des aléas liés à l'impression du corps de carte, les méthodologies utilisées pour réaliser ces corps de carte sont basées sur 15 l'application de fortes pressions et de températures élevées, ce qui fragilise la puce sans contact et son antenne et est susceptible de réduire considérablement la durée de vie de la carte. Cela constitue un obstacle majeur pour des cartes de type identitaire dont la durée de vie requise est de 5 à 10 ans. 20 Il résulte de ce qui précède que ce premier type de cartes hybrides ne peut pas être garanti sur un temps d'utilisation très long (de plus de 5 ans par exemple), ce qui limite les applications disponibles pour ce type de cartes. Pour pallier à ces problèmes de fabrication, on a pensé à un second 25 type de cartes hybrides, dans lesquelles la puce sans contact est directement intégrée dans le module microélectronique qui est pourvu de contacts et qui porte la puce dédiée au fonctionnement à contact. Pour cela, ledit module doit être pourvu d'une interface de communication radiofréquence destinée à être connectée aux bornes d'une antenne qui est 30 elle-même réalisée dans le corps de carte . 4 2915011 Ainsi, les cartes hybrides conformes à ce second type connu comportent : - un module électronique comportant deux puces, le bornier de connexions à contact, et deux contacts situés en face arrière, reliés à la puce 5 sans contact et permettant la connexion à l'antenne ; - une carte en matière plastique, comportant une antenne ; - et un matériau électriquement conducteur permettant la connexion entre le module électronique et l'antenne. Cette structure procure en général elle aussi une bonne portée compte ~o tenue de la taille importante de l'antenne, mais elle pose une autre série de problèmes de réalisation, liés à l'existence de la connexion mécanique et électrique entre l'antenne et le module, dont la réalisation induit là encore des pertes de fiabilité ou des baisses de rendement de fabrication. En effet, ces cartes hybrides de second type décrit ci-dessus sont 1s généralement fabriquées suivant les étapes suivantes : - fabrication du corps de carte comportant une antenne. Ces antennes peuvent être fabriquées en utilisant les méthodes connues mettant en oeuvre des fils cuivre incrustés, ou l'impression d'encre conductrice ou la gravure de cuivre sur la matière interne du corps de carte. 20 - fabrication du micromodule électronique comportant les deux puces et comportant des points de connexion pour l'antenne, sur la face opposée à celle qui porte les contacts électriques du micromodule. - usinage dans le corps de carte de la cavité permettant le logement du module électronique, tout en mettant à nu les plages de connexion de 25 l'antenne située à l'intérieur du corps de carte. - collage du micromodule électronique en établissant la connexion électrique entre celui-ci et les plages de connexion de l'antenne rnises à nu. Cette connexion peut être obtenue par des méthodes connues, comme la dispense de colle conductrice qui sera ensuite polymérisée, l'utilisation 30 d'adhésif ou de pâtes conductrices de façon anisotrope (en épaisseur), ou 5 2915011 l'utilisation d'un ressort polymère déposé sur le module (sous la forme d'un plot conducteur en surépaisseur et compressible). Ces méthodes de fabrication de ce second type de cartes hybrides posent actuellement les problèmes suivants : s -nécessité de fabriquer des corps de cartes spécifiques, comportant une antenne et induisant donc des procédés complexes de fabrication, ce qui fait chuter les rendements de fabrication comme expliqué plus haut. -nécessité d'usiner les corps de cartes en mettant à nu les plages de l'antenne, ce qui fait également chuter les rendements de fabrication. ~o - utilisation d'un procédé de collage du module électronique dans la carte spécifique permettant une interconnexion électrique du module et de l'antenne. Ces procédés sont en définitive souvent très lents en comparaison des procédés utilisés généralement pour les cartes à puce standards que 15 sont les cartes à mode de fonctionnement à contact, et ils induisent des pertes supplémentaires de rendement de fabrication. En outre, les procédés d'interconnexion entre module et antenne utilisés dans ce second type de carte hybride limitent fortement la fiabilité de la carte finale. En effet, les sollicitations mécaniques et thermiques 20 appliquées à la carte lors de son utilisation, entraînent des ruptures de connexion entre le module et l'antenne, ou des augmentations fortes de la résistance de cette connexion, entraînant une perte de performance de la carte au cours de l'utilisation. Un but de l'invention est par conséquent de proposer une carte à puce 25 électronique à double interface de communication à contact et sans contact, de type hybride, qui soit dépourvue des inconvénients précités. Un autre but de l'invention est de proposer une carte à puce présentant une très grande fiabilité et une grande longévité, de l'ordre de cinq à dix ans. 30 A cet effet, l'invention prévoit une carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, comportant un module 6 2915011 microélectronique et un corps de carte pourvu d'une cavité apte à recevoir le module microélectronique, ledit module microélectronique étant composé d'un substrat portant sur une première face un bornier de contacts électriques et portant sur une seconde face une première puce 5 microélectronique électriquement reliée audit bornier de contacts électriques et une seconde puce électriquement reliée aux bornes d'une antenne dont les spires sont disposées sur la seconde face du substrat du module électronique, caractérisé en ce que le corps de carte comporte un dispositif de concentration et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques apte à Io canaliser le flux électromagnétique reçu de la part d'un lecteur de carte à puce sans contact, vers les spires de l'antenne du module microélectronique. Cette structure permettra une amélioration des performances de la carte finale, et l'augmentation des rendements de fabrication. Il est en effet à noter que dans cette configuration, aucune interconnexion électrique entre le module électronique et ce dispositif d'amplification n'est à effectuer, ce qui permet de garder tous les avantages relatifs à la fiabilité des procédés de collages du module utilisés pour les cartes à contact. En outre, grâce à cette structure et à ce procédé, un bon module (testé comme tel) est inséré dans une bonne carte, sans que l'étape de collage du module, bien maîtrisée en elle-même, ne soit de nature à remettre significativement en cause le rendement de fabrication, qui présente de ce fait un gain de l'ordre de 10-15% par rapport aux procédés connus, avec un gain similaire sur le coût de fabrication. Alors que dans le procédé selon l'état de la technique, si le test de connexion du module s'avère mauvais, on aura perdu deux bonnes puces lors de cette étape de fabrication. De préférence, ledit dispositif de concentration et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques est un circuit de type circuit (R,L.,C), apte à entrer en résonance avec l'antenne disposée sur le module, ce qui permet 15 d'augmenter par mutuelle inductance, comme connu en soi, le flux électromagnétique traversant l'antenne du module. Cela permet par conséquent, toutes autres choses égales par ailleurs, d'augmenter la portée 7 2915011 de communication de la carte hybride lorsqu'elle fonctionne en mode sans contact. Dans une variante de réalisation très simple du circuit R,L,C, ce dispositif de concentration et/ou d'amplification des ondes 5 électromagnétiques est constitué par une feuille métallique disposée dans le corps de carte sous la cavité recevant le module microélectronique. L'homme du métier n'aura pas de mal à dimensionner cette feuille métallique en fonction des performances souhaitées. Selon une autre variante de réalisation, le dispositif de concentration io et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques est constitué par une antenne comprenant au moins une spire, disposée dans le corps de carte sous la cavité destinée à recevoir le module microélectronique. De façon avantageuse, les spires de l'antenne du module sont situées en périphérie du module, et les contacts électriques du bornier sont situés à 1s l'intérieur de la zone délimitée par les spires de l'antenne. Ainsi, le flux électromagnétique capté par les spires de l'antenne du module est maximal, ce qui influence favorablement la portée de la communication sans contact avec le lecteur. Dans ce mode de réalisation, les contacts électriques du bornier de contacts sont de préférence agencés pour être conformes à la 20 norme ISO 7816-2. Cependant, le mode de réalisation inverse de l'invention est possible ; les contacts électriques du bornier sont alors situés en périphérie du module, et les spires de l'antenne du module sont situées à l'intérieur de la zone délimitée par les contacts. 25 Avantageusement, les spires de l'antenne du module sont situées du même côté du substrat que la puce microélectronique, et les contacts électriques du bornier sont situés sur la face opposée du substrat. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée et des dessins annexés dans lesquels : 30 - la figure 1A illustre une vue en coupe d'une carte hybride d'un premier type conforme à l'état de la technique ; 8 2915011 - la figure 1B illustre une vue en coupe d'une autre configuration de carte hybride conforme à l'état de la technique ; - la figure 2 illustre une vue de dessus d'un module électronique conforme à l'invention ; 5 - la figure 3 illustre une vue de dessous du module de la figure 2. - la figure 4 illustre une vue en coupe du module des figures 3 et 4 conforme à l'invention; Comme indiqué plus haut, la figure lA montre une carte électronique à double interface de communication à contact et sans contact, conforme à w l'état de la technique. On voit bien un module 7 incluant une première puce 3 qui est connectée à un bornier de contacts électriques 4 pour assurer le fonctionnement en mode contact avec un lecteur à contact. Le module 7 comporte par ailleurs une seconde puce 5 connectée à une antenne 6 localisées dans un corps de carte, l'ensemble formé par la seconde puce 5 et 15 l'antenne 6 étant destinée à assurer une communication radiofréquence avec un lecteur de carte à puce sans contact, non représenté. On a donc deux ensembles distincts et indépendants répartis dans la carte à puce, à savoir un ensemble à fonctionnement à contact disposé sur le module microélectronique 7, et un ensemble à fonctionnement sans contact disposé 20 dans le corps de carte, avec les inconvénients au niveau du procédé de fabrication mentionnés précédemment. On se réfère maintenant à la figure 1B qui montre une autre solution de carte à double interface de communication, conforme à l'état de la technique . 25 On retrouve sur cette figure un module 8 comportant une première puce 9 reliée au bornier de contacts électriques 4 et une seconde puce 10 reliée à des plages de contacts 12 dédiées à être interconnectées à une antenne 14 localisée dans un corps de carte . La connexion électrique entre l'antenne 14 et les plages de contact 12 30 est réalisée par l'intermédiaire de plots 16 réalisés en un matériau électriquement conducteur. Comme expliqué plus haut, la fabrication de 9 2915011 cette carte comporte un rendement affecté négativement notamment par la fragilité de la connexion 16. On se réfère maintenant aux figures 2 et 3. On a représenté dans ces figures un module électronique 11 conforme à l'invention, en vue de dessus 5 (figure 2), c'est-à-dire une vue du côté des contacts, et en vue de dessous (figure 3), c'est-à-dire ici une vue du côté du substrat ne portant pas les contacts électriques. Pour remédier aux problèmes d'interférence électromagnétique entre les contacts et l'antenne tel que décrit précédemment, les spires 13 de ~o l'antenne sont reportées à la périphérie du module, dans une zone où ils ne sont situés ni en dessous ni au-dessus des contacts électriques 17, mais sensiblement à l'extérieur de la zone délimitée par les contacts. On a représenté par ailleurs les puits ou vias 17 qui permettent de connecter électriquement les contacts de la puce à contact 9 aux contacts 4 15 correspondants du bornier du module 11. Les emplacements réservé au collage des deux puces sont notés 19,20 sur la figure 3. Cette structure de module présente l'avantage de minimiser voire d'éliminer les effets de blindage électromagnétique des contacts 4 à l'égard des spires 13 de l'antenne. 20 On se réfère à la figure 4 qui montre en coupe A-A de la figure 2, la structure de la carte à puce selon l'invention. Le module 11 a été représenté dans cette figure avec son substrat 15, portant la première puce 9 dédiée au fonctionnement à contact, et qui est de ce fait reliée au bornier de connections électriques 4. Le module 11 porte aussi la seconde puce 10, qui 25 est reliée à l'antenne 13 du module et qui est par conséquent dédiée au fonctionnement sans contact. Les deux puces sont englobées dans une goutte de résine d'enrobage 25. L'antenne 13 est située à la périphérie du module 11, du côté des puces et de la résine d'enrobage 25 et s'étend autour des puces 9 et 10. 30 La carte selon l'invention comporte en outre un corps de carte 22 pourvu d'un dispositif de concentration ou d'amplification 18 des ondes l0 2915011 électromagnétiques, notamment de type circuit R,L,C, apte à canaliser le flux électromagnétique vers les spires de l'antenne du dit module. Le dispositif de concentration 18 est localisé sur tout ou partie du corps de carte. Ce dispositif 18, qui peut notamment être constitué par une simple feuille 5 métallique, présente des caractéristiques R,L,C aptes à canaliser le champ électromagnétique en provenance d'un lecteur sans contact et reçu par la carte à puce, vers l'antenne 13 du module, de façon à significativement améliorer la qualité du fonctionnement et la portée de la carte à puce en mode sans contact. ~o Dans son mode de réalisation le plus simple, le dispositif 18 de concentration et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques est constitué par une feuille métallique disposée dans le corps de carte 22 sous la cavité 23 recevant le module microélectronique 11. Dans un autre mode de réalisation avantageux, le dispositif 18 de 15 concentration et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques est constitué par une antenne constituée d'au moins une spire, disposée dans le corps de carte 22 sous la cavité 23 recevant le module microélectronique 11. Les contacts électriques 4 du bornier sont situés sur une face du substrat 15 du module, et les spires de l'antenne 13 du module 20 microélectronique sont situées sur la face opposée du susbstrat. De préférence, les spires de l'antenne 13 du module microélectronique sont situées en périphérie du module 11, et les contacts électriques 4 du bornier sont situés sensiblement à l'intérieur de la zone délimitée par les spires de l'antenne du module. De cette manière, les contacts électriques 4 25 ne perturbent pas le flux électromagnétique destiné à l'antenne 13. Pour fabriquer le dispositif de concentration ou d'amplification 18 dans le corps de carte 22, on utilise l'une des techniques déjà connues en elles-mêmes, comme l'insertion d'une feuille métallique de forme annulaire, ou l'insertion d'une antenne bobinée, dans le corps de carte, dans la position 30 représentée en figure 4. Selon la compatibilité du matériau du corps de carte, on pourra aussi obtenir une antenne 18 par dépôt d'une couche Il 2915011 métallique sur une face interne du corps de carte ou d'un insert du corps de carte, suivie d'une étape de gravure pour délimiter les spires de l'antenne 18. Lors de l'assemblage de la carte à puce selon l'invention, le module 11 est reporté en face d'une cavité 23 aménagée dans le corps de carte 22. La 5 cavité 23 est pourvue d'une zone revêtue d'un adhésif 26. Le module 11, après avoir été testé pour établir son bon fonctionnement, est reporté dans la cavité comme représenté, les spires de l'antenne 13 du module venant en contact avec l'adhésif 26. Il s'ensuit alors une étape de pressage sur la face supérieure du module 11, pour assurer un collage de bonne qualité du ro module 11 dans la cavité 23. En définitive, l'invention propose une conception particulière permettant un fonctionnement optimum du module conçu de façon à laisser le flux électromagnétique passer à l'intérieur de l'antenne 13 du module sans être perturbé par les métallisations des contacts, ce qui permet à l'antenne 15 de réagir à ce flux, afin de fournir l'énergie suffisant à la communication radiofréquence de la puce. Ce flux est renforcé grâce au dispositif de concentration et/ou d'amplification 18, qui permet d'optimiser le flux magnétique reçu par l'antenne 13 du module, tout en contribuant par sa simplicité de fabrication, à la réalisation d'une carte à puce hybride de longue 20 durée de vie. Il est en effet fondamental de noter que grâce à l'invention, le module électronique ne nécessite aucune connexion électrique avec le corps de carte, et les procédés standards d'encartage pour cartes à contact peuvent donc être utilisés, ce qui entraîne un gain de cadence de fabrication, une 25 augmentation des rendements de fabrication et de la fiabilité. Ceci permet d'appliquer cette technologie à des applications terrain très sévères, ou de très longue durée, comme par exemple l'application à des cartes d'identité ou à des passeports électroniques, pour lesquels les offices gouvernementaux exigent en général une garantie de bonne tenue et de bon fonctionnement 30 pendant dix ans. 12 2915011 Grâce à un seul encartage d'un module hybridE optimisé, dans un corps de carte simplement pourvu d'un composant passif R,L,C permettant d'améliorer très sensiblement les performances en mode sans contact de la carte, on obtient une carte hybride avec les coûts les plus faibles et les 5 meilleurs rendements de fabrication en comparaison avec les cartes hybrides connues. 13 REVENDICATIONS 1. Carte à puce à double interface de communication à contact et sans contact, comportant un module microélectronique (11) et un corps de carte (22) pourvu d'une cavité (23) apte à recevoir le module microélectronique, ledit module microélectronique (11) étant composé d'un substrat (15) portant sur une première face un bornier de contacts électriques (4) et portant sur une seconde face une première puce ~o microélectronique (9) électriquement reliée audit bornier de contacts électriques (4) et une seconde puce (10) électriquement reliée aux bornes d'une antenne (13) dont les spires sont disposées sur la seconde face du substrat du module électronique, caractérisé en ce que le corps de carte (22) comporte un dispositif (18) de concentration et/ou d'amplification des ondes 15 électromagnétiques apte à canaliser le flux électromagnétique reçu notamment de la part d'un lecteur de carte à puce sans contact, vers les spires de l'antenne (13) du module microélectronique (11). 2. Carte à puce selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit 20 dispositif (18) de concentration et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques est un circuit de type circuit (R,L,C). 3. Carte à puce selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit dispositif (18) de concentration et/ou d'amplification des ondes 25 électromagnétiques est constitué par une feuille métallique disposée dans le corps de carte (22) sous la cavité (23) recevant le module microélectronique (11). 14 2915011 4. Carte à puce selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit dispositif (18) de concentration et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques est constitué par une antenne constituée d'au moins une spire, disposée dans le corps de carte (22) sous la cavité (23) recevant le 5 module microélectronique. 5. Carte à puce selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les contacts électriques (4) du bornier sont situés sur une face du substrat (15), et en ce que les spires de l'antenne (13) du module microélectronique sont situées sur la face opposée. 6. Carte à puce selon la revendication 4, caractérisée en ce que les spires de l'antenne (13) du module microélectronique (11) sont situées en périphérie du module, et en ce que les contacts électriques (4) du bornier sont situés à l'intérieur de la zone délimitée par les spires de l'antenne (13) du module. 7. Procédé de fabrication d'une carte à puce de type hybride à fonctionnement à contact et sans contact, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à : - réaliser un module microélectronique (11) hybride pourvu d'une première puce (9) reliée à un bornier de contacts (4) et d'une seconde puce (10) reliée à une antenne (13) disposée sur le module ; - réaliser un corps de carte (22) pourvu d'un d'une cavité (23) à l'endroit prévu pour recevoir le module microélectronique, - caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à réaliser dans le corps de carte (22) un dispositif (18) de concentration et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques, disposé sous la cavité (23) du module. 8. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape de réalisation d'un dispositif (18) de concentration et/ou '5 2915011 d'amplification des ondes électromagnétiques consiste à intégrer au corps de carte (22) une feuille métallique disposée sous la cavité du corps de carte. 9. Procédé de fabrication selon la revendication 7, caractérisé en ce 5 que l'étape de réalisation d'un dispositif (18) de concentration et/ou d'amplification des ondes électromagnétiques consiste à intégrer au corps de carte (22) une antenne dont les spires sont disposées sous la cavité (23) du corps de carte. lo