Brevet FR2948796A1 — publié le 20110204

Support de dispositif d'identification radiofréquence pour carte hybride et son procédé de fabrication La présente invention concerne les dispositifs d'identification radiofréquence destinés à être intégrés à des objets communicants et concerne en particulier un support de dispositif d'identification radiofréquence pour carte hybride et son procédé de fabrication. Les dispositifs d'identification radiofréquence (RFID) sans contact sont de plus en plus utilisés pour l'identification des personnes circulant dans des zones à accès contrôlé ou transitant d'une zone à une autre. Un dispositif RFID sans contact est un dispositif constitué d'une antenne et d'une puce connectée aux bornes de l'antenne. La puce n'est généralement pas alimentée et reçoit son énergie par couplage électromagnétique entre l'antenne du lecteur et l'antenne du dispositif RFID, des informations sont échangées entre le dispositif RFID et le lecteur et en particulier les informations stockées dans la puce qui ont trait à l'identification du possesseur de l'objet sur lequel se trouve le dispositif RFID et son autorisation à pénétrer dans une zone à accès contrôlé. Les cartes à puce hybride contact - sans contact contiennent un tel dispositif RFID à la différence que l'échange des données avec le lecteur peut se faire également par contact sur des plages affleurantes et conductrices de la carte connectées à la puce. La puce est donc intégrée dans un circuit dont la face externe comporte les plages de contacts affleurantes. La puce est également connectée à la face interne du circuit destinée à venir se connecter à l'antenne de la carte. Ainsi, la puce est connectée aux deux faces d'un circuit double face de façon à former une fois encapsulée, un module de circuit intégré double face. Généralement, le procédé de fabrication des cartes à puce hybrides contact - sans contact comprend les étapes suivantes : - une étape de fabrication de l'antenne sur un support, - une étape de lamination des corps de carte sur le support de l'antenne consistant à souder de chaque côté du support au moins deux feuilles en matière plastique, constituant les corps de carte, par pressage à chaud, - une étape de fraisage des cavités consistant à percer, dans un des corps de carte, une cavité permettant de loger le module constitué par la puce et le circuit double face, la cavité comprenant une portion interne plus petite, recevant la puce et une portion externe plus grande recevant le circuit double face, le fraisage permettant de dégager les plots de connexion de la puce, et - une étape d'insertion du module consistant à utiliser une colle permettant de fixer le module et une colle conductrice permettant de connecter le module aux plots de connexion, et à le positionner dans la cavité prévue à cet effet. Cependant, ce procédé de fabrication ne permet pas de fournir un produit semi-fini équipé du module et de l'antenne connectés ensemble étant donné que la connexion du module est réalisée lors de la dernière étape de fabrication. De tels produits semis finis équipés du module et de l'antenne connectés ensemble permettraient à des industriels non spécialisés en électronique de pouvoir fabriquer et personnaliser des cartes à puce hybrides en se procurant ces produits. De plus, les étapes de fraisage et d'insertion du module se font sur une seule carte à la fois. Il existe des procédés qui permettent d'obtenir des dispositifs RFID comprenant une antenne et une puce connectées ensemble sur un support, l'ensemble obtenu étant appelé communément � inlay �. Il est également connu d'obtenir de tels inlay pour carte hybride contact - sans contact avec antenne en cuivre par un procédé comprenant les étapes suivantes . - une étape de fabrication de l'antenne sur un support muni d'une cavité située entre les plots d'antenne, - une étape d'introduction du module dans la cavité du côté du support opposé à celui supportant l'antenne, - une étape de connexion du module aux plots de l'antenne, - une étape de collage d'une couche sur l'antenne de façon à noyer l'antenne dans l'inlay. L'inconvénient de ce procédé réside dans la réalisation complexe de la connexion entre l'antenne et la puce. En effet, cette étape du procédé comprend un ensemble de sous-étapes consistant à réaliser un puits de connexion dans l'épaisseur du support d'antenne à l'aplomb des plots de connexion d'antenne, à remplir ces puits d'une matière conductrice de façon à réaliser une connexion électrique fiable entre les plots de l'antenne et les contacts internes du circuit double face à travers l'épaisseur du support. De plus, l'inlay fabriqué selon ce procédé comprend au moins deux couches rigides entre lesquelles est insérée l'antenne. C'est pourquoi le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un support de dispositif RFID ou � inlay � souple incorporant un circuit intégré double face connecté à une antenne. Un autre but de l'invention est de fournir une carte à puce hybride contact - sans contact intégrant un tel support. L'objet de l'invention est donc un procédé de fabrication d'un support de dispositif d'identification radiofréquence (RFID) comprenant une antenne et un module de circuit intégré double face comprenant des contacts internes et des contacts externes connectées à une puce encapsulée dans un module, le procédé comprenant les étapes suivantes . - imprimer l'antenne comportant des plots de connexion (43 et 44) sur un support, - effectuer une cavité entre les plots de connexion de l'antenne, - encoller sur la face interne du module un film de 20 colle excepté sur les contacts internes, - positionner le module sur le support du coté de l'antenne et de manière à ce que les contacts internes du module soient contre les plots de connexion de l'antenne et que l'encapsulation de la puce soit dans la cavité, 25 - laminer ensemble la couche de support et le module de façon à venir connecter le module à l'antenne et à coller le module. Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description 30 qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : La figure 1 représente en coupe les différents éléments constitutifs de � l'inlay � et l'outil pour la première lamination selon un premier mode de réalisation de l'invention, La figure 2 représente en coupe les différents éléments constitutifs de � l'inlay � et l'outil pour la première lamination selon un second mode de réalisation de l'invention, La figure 3 représente l'encollage des modules 10 disposés sur une bande, La figure 4 représente en coupe les différentes couches constitutives de la carte à puce hybride contact - sans contact selon l'invention. Dans la suite de la description, le dispositif appelé 15 � inlay � désigne le support de dispositif d'identification RFID pour carte à puce hybride contact - sans contact capable de communiquer à ce stade avec le lecteur approprié par contact ou à distance. Selon la figure 1, un module de circuit intégré 20 double face 10 comporte une puce 15 placée sur un support électriquement non conducteur 11. La puce est connectée d'une part à deux contacts internes 13 et 14 et d'autre part à des contacts externes 12 formant les futurs contacts affleurants à la surface de la carte. Les contacts internes 25 13, 14 et externes 12 sont situés de part et d'autre du support 11. Les connexions entre la puce et les plages de contact internes et externes sont réalisées par des fils conducteurs ou câbles de connexions 16 et 17, appelés � wire bonding � en anglais. La puce 15 et les fils sont 30 encapsulés dans une résine de protection 18 à base d'un matériau résistant et ne conduisant pas l'électricité. L'encapsulation 18 est en quelque sorte une coque rigide qui vient englober la puce et son câblage de façon à la rendre moins fragile et davantage manipulable. L'encapsulation a une épaisseur comprise entre 200 et 240 �m. Le module présente ainsi sur sa face supérieure une surface plane correspondant à la partie supérieure de l'encapsulation 18 et à la base de l'encapsulation les contacts internes 13 et 14 destinés à venir se connecter aux plots de connexion de l'antenne. Les contacts 13 et 14 sont faits d'un matériau conducteur et leur épaisseur est compris entre 70 et 100 �m. Une antenne est réalisée sur une couche de support 40. L'antenne 42 comporte un ensemble de une ou plusieurs spires et au moins deux plots de connexion 43 et 44. Les spires et les plots de connexion sont réalisés par impression de type sérigraphie, flexographie, héliogravure, offset ou jet d'encre à partir d'encre conductrice de type encre époxy chargée de particules conductrices telles que par exemple d'argent ou d'or ou à partir d'un polymère conducteur. La couche de support 40 est de préférence dans un matériau qui ne flue pas (c'est à dire qui ne se déforme pas sous l'effet de la température) tel que du papier ou du papier synthétique (type teslin) ou peut-être d'un autre matériau tel que du polycarbonate, du PET ou du PVC. La couche de support 40 comporte une cavité 41 dont les dimensions correspondent à celles de l'encapsulation 18 du module 10. A cette étape du procédé de fabrication, l'encre constitutive de l'antenne n'est pas cuite c'est-à-dire qu'elle n'a pas subie de traitement ni à la chaleur ni à la pression ; cependant elle est séchée. Une étape d'encollage du module est réalisée parallèlement. Selon la figure 3, les modules sont généralement conditionnés attachés ensemble sous forme d'un rouleau 100 dont une partie est représentée sur la figure 3. Un rouleau 110 de colle en film de largeur équivalente au rouleau de modules est déroulé sur la face interne des modules 10. Le film de colle est percé de trous 113 et 114 correspondant à l'emplacement des contacts internes 13 et 14 des modules. La colle du film est une colle de type thermofusible non réversible, ce qui signifie qu'une fois durcit à une certaine température elle ne change plus d'état même si elle est de nouveau soumise à la même température. Le film de colle est appliqué sur les modules par une étape de pré-lamination à une température inférieure à sa température de polymérisation qui durcit irréversiblement la colle. La surface interne des modules est ainsi recouverte d'un fin film de colle excepté à l'endroit des contacts internes 13 et 14 où le film est percé de deux trous 113 et 114. Le module est ensuite placé dans la cavité 41 du support 40 de façon à ce que les contacts internes 13 et 14 soient en regard des plots de connexion 43 et 44 de l'antenne. L'épaisseur des plots de connexion est comprise entre 5 et 10 �m. Pour faciliter le positionnement du module par rapport à l'emplacement prévu sur le support 40 et pour le protéger, une plaque 80 faite d'un matériau dur et résistant à la pression est munie d'une cavité 81 correspondant à l'empreinte du module posé sur sa face externe donc sur ses contacts affleurants et dont la profondeur correspond à la hauteur du module à l'endroit des contacts internes 13 et 14. Cette épaisseur est comprise entre 200 et 240 �m selon le type de module. Le module est posé dans la cavité 81 sur ses contacts externes 12 de façon à laisser visible et accessible ses contacts internes 13 et 14. La plaque 80 est un outil et sert de plaque de lamination inférieure lors des étapes de lamination qui suivent. La plaque 80 peut contenir une pluralité de cavités 81 afin de produire plusieurs cartes à la fois. Dans ce cas, la couche de support 40 sous forme d'une grande feuille contient également le même nombre d'antennes. L'étape suivante du procédé consiste en une première lamination qui permet de connecter le module à l'antenne. Selon un premier mode de réalisation le support de dispositif RFID pour carte à puce hybride est formé d'une couche unique 40. L'étape de lamination consiste à faire subir à l'ensemble des couches une montée en température jusqu'à 150°C et une montée en pression pouvant aller jusqu'à 0,5 Bars à quelques Bars (ce qui correspond à environ 10N/cm2) suivies d'une descente en température et d'une descente en pression, le tout selon un ensemble de cycles de durées définies. Lors de la lamination une plaque supérieure de lamination 90 est placée également au dêssus de la couche 40 et du module. De cette façon, et grâce aux plaques de lamination 80 et 90, la pression est répartie uniformément et est exercée sur l'ensemble de la couche 40. Sous l'effet de la montée en pression et en température, les plots d'antenne 43 et 44 se déforment et viennent remplir les cavités 113 et 114 du film de colle jusqu'à venir en appui contre les contacts internes 13 et 14 du module. Ainsi, il existe un contact intime entre les contacts internes 13 et 14 du module et l'encre conductrice des plots de connexion 43 et 44 sur une surface de contact maximale due à la déformation et à l'écrasement de l'encre des plots de l'antenne. La connexion électrique entre le module et l'antenne est réalisée. De même, pendant la montée en température et en pression, le film de colle 110 se ramollit légèrement de façon à border jointivement la connexion réalisée entre les plots d'antenne et les contacts internes du module. Sous l'effet de la descente en température, le film de colle durcit et maintient le contact entre le module et les plots d'antenne. La température atteinte est telle que la colle atteint son seuil d'irréversibilité, c'est-à-dire que même chauffée à une température égale ou supérieure elle ne ramollira plus. L'encre conductrice des plots étant déformable mais non élastique, les plots de l'antenne n'ont pas tendance à reprendre leur forme d'origine même lorsque la pression cesse d'être exercée. On obtient ainsi un inlay de carte à puce hybride contact - sans contact dans lequel le module est proéminent par rapport au support d'antenne. Selon un second mode de réalisation une couche de PVC 50 est placée sur la couche de support 40 préalablement à la première lamination sur la face du support opposée à celle sur laquelle est imprimée l'antenne. Lors de la lamination, cette couche se ramollit et vient se souder à la couche de support d'antenne 40. Le support de dispositif d'identification radiofréquence ou l'inlay 52 réalisé a une épaisseur total de 570 �m (+/- 10%) dont 220 �m correspondent au dépassement du module par rapport à la couche de support d'antenne. La carte à puce hybride contact - sans contact est complètement réalisée après une seconde étape de lamination consistant à mettre sous presse et à chauffer. Deux couches 60 et 70 sont positionnées de part et d'autre de l'inlay 52 obtenus selon l'un ou l'autre des procédés de fabrication décrits avant. Les deux corps de carte 60 et 70 ont été préalablement imprimés, sur leur face extérieure, du graphisme personnalisé de la carte. Le corps de carte 70 placé sur l'antenne et sur la face externe du module 10 est percée d'une cavité 71 correspondant à la taille des contacts externes 12 du module. La forme de la cavité 71 est telle qu'elle épouse les bords de la face externe du module 10. Par pressage à chaud, on vient souder les deux corps de carte 60 et 70, d'épaisseur égale à environ 160 �m, sur les deux faces de l'inlay 52. Cette étape s'apparente davantage à un collage qu'à un soudage. De ce fait, la pression et la température nécessaires dans cette phase sont bien inférieures à celles utilisées pour l'étape de la première lamination. La température et la pression nécessaires pour cette étape de lamination ne sont plus que d'environ 120°C et 150 bars respectivement. De plus, la durée des cycles de mise en pression et en température est également diminuée. Chaque corps de carte 60 et 70 est constitué d'une ou de plusieurs couches. Lorsque les corps de carte ont plus d'une couche, celles-ci peuvent être collées ensemble au moment de la lamination sur l'inlay ou indépendamment. Le matériau utilisé pour les couches 40, 50, 60 et 70 peut être du polychlorure de vinyle (PVC), du polyester (PET, PETG), du polypropylène (PP), du polycarbonate (PC), de l'acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) ou un film polyuréthane (PU), du papier ou du papier synthétique tel que du Teslin. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un support de dispositif d'identification radiofréquence (RFID) (52) comprenant une antenne (42) et un module de circuit intégré double face (10) ledit circuit intégré comprenant des contacts internes (13, 14) et des contacts externes (12) connectées à une puce (15) encapsulée dans le module, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - imprimer l'antenne (42) comportant des plots de connexion (43 et 44) sur un support (40), - effectuer une cavité (41) entre les plots de connexion (43 et 44) de ladite antenne, - encoller sur la face interne dudit module un film 15 de colle (110) excepté sur lesdits contacts internes (13, 14), - positionner ledit module sur ledit support (40) du coté de ladite antenne et de manière à ce que lesdits contacts internes dudit module soient contre lesdits plots 20 de connexion de ladite antenne et que l'encapsulation (18) de la puce soit dans ladite cavité, - laminer ensemble ladite couche de support (40) et ledit module de façon à venir connecter le module à l'antenne et à coller le module. 25 2. Procédé de fabrication d'un support de dispositif d'identification radiofréquence (RFID) (52) comprenant une antenne (42) et un module de circuit intégré double face (10) ledit circuit intégré comprenant des contacts internes 30 (13, 14) et des contacts externes (12) connectées à unepuce (15) encapsulée dans le module, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - imprimer l'antenne (42) comportant des plots de connexion (43 et 44) sur un support (40), - effectuer une cavité (41) entre les plots de connexion (43, 44) de ladite antenne, - encoller sur la face interne dudit module un film de colle (110) excepté sur lesdits contacts internes (13, 14), - positionner ledit module sur ledit support (40) du coté de ladite antenne et de manière à ce que lesdits contacts internes dudit module soient contre lesdits plots de connexion de ladite antenne et que l'encapsulation (18) de la puce soit dans ladite cavité, - positionner une couche (50) sur ledit support d'antenne sur la face opposée à celle où l'antenne est imprimé, - laminer ensemble la dite couche (50), ladite couche de support (40) et ledit module de façon à venir connecter 20 le module à l'antenne et à coller le module, 3. Procédé de fabrication d'une carte à puce hybride contact - sans contact comprenant les étapes suivantes : - déposer de part et d'autre dudit support de 25 dispositif d'identification radiofréquence (52) obtenu selon les revendications 1 ou 2 un corps de carte (60 et 70), ledit corps de carte (70) situé du côté de l'antenne étant percé d'une cavité (71) correspondant à la taille des contacts externes (12) du module ,- faire subir à l'ensemble des couches (60, 52 et 70) une lamination consistant à mettre sous presse et à chauffer de façon à coller les couches entre elles. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le film de colle (110) encollé sur le module est de la colle thermofusible non réversible. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la couche dudit support (40) est faite d'un matériau qui ne flue pas c'est à dire qui ne se déforme pas lorsque la température augmente. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes 15 dans lequel ladite antenne 42 est réalisée par impression de type sérigraphie à partir d'encre conductrice. 7. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6 dans lequel les corps de carte (60, 70) sont constitués de 20 plusieurs couches laminées entre elles au moment de la seconde étape de lamination. 8. Procédé selon l'une des revendications 3 à 6 dans lequel les corps de carte (60, 70) sont constitués de 25 plusieurs couches laminées entre elles préalablement à la seconde étape de lamination. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'outil utilisé pendant les étapes de 30 lamination comprend une plaque de lamination (80) munie d'une cavité (81) dans laquelle la face externe du moduleest positionnée contre ladite plaque et de façon à laisser visible et accessible les contacts internes du module. 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel ladite cavité (81) a une épaisseur correspondant à l'épaisseur du module à l'endroit des contacts internes (13 et 14).