Brevet FR2962579A1 — publié le 20120113

La présente invention concerne le domaine des documents, objets de valeur et de sécurité contenant un dispositif électronique d'échange de données sans contact et concerne en particulier un dispositif d'identification radio fréquence (RFID) et son procédé de fabrication. Un dispositif d'identification radiofréquence (RFID) sans contact est un dispositif constitué principalement d'une antenne noyée dans un support du dispositif et d'une puce connectée à des plots de connexion de l'antenne. Ces dispositifs permettent l'échange d'informations avec l'extérieur par couplage électromagnétique à distance donc sans contact, entre son antenne et une deuxième antenne située dans le dispositif de lecture associé. Ces dispositifs sont utilisés aujourd'hui dans un grand nombre d'applications et en particulier pour l'identification des personnes circulant dans des zones à accès contrôlé ou transitant d'une zone à une autre. Le dispositif est généralement formé sur un support plan et flexible au format d'une carte bancaire ou bien à un format adapté pour pouvoir être inséré dans un document de sécurité ou de valeur. De tels dispositifs RFID sont appelés communément « inlay ». Généralement, la puce est connectée directement aux plots de l'antenne par « flip-chip ». Cependant, la puce peut-être également encapsulée dans un module afin d'être mieux protégée. 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 par exemple. Actuellement, ces dispositifs RFID peuvent être fabriqués selon plusieurs procédés de fabrication. On s'intéresse ici aux dispositifs RFID dont l'antenne est réalisée par impression sur un support thermoplastique. Un des procédés consiste à laminer ensemble plusieurs couches de matériau différent tel que du papier pour le support d'antenne et du thermoplastique pour les couches supérieure et inférieure. L'inconvénient du dispositif RFID obtenu par un tel procédé réside dans le fait qu'il se délamine dans son épaisseur et de ce fait est inadapté à une utilisation sur plusieurs années comme cela peut-être le cas pour les cartes d'identité. D'autre part, l'utilisation du même matériau pour les trois couches tel que du thermoplastique ne résout pas le problème de délamination et pose en plus des problèmes au moment de la lamination. En effet, le manque de flexibilité et d'élasticité des couches superposées ensemble peut fissurer l'antenne et par conséquent rompre la connexion électrique entre l'antenne et la puce lors des montées en pression. De plus, la montée en température lors de l'étape de lamination engendre des déformations du support qui peuvent entrainer également des fissurations de l'antenne aggravées par l'épaisseur importante à l'endroit du croisement des spires dû à la double épaisseur de matière conductrice formant les spires et de matière isolante pour séparer et isoler les spires entre elles. En outre, les dispositifs RFID réalisés à base d'antenne filaire ne comportent pas les mêmes inconvénients étant donné que le fil de cuivre ne se casse pas sous l'effet de la pression mais a tendance à se mouler dans le thermoplastique. De plus, de part sa faible épaisseur de l'ordre de 25 pm .m et du fait que le fil de cuivre est gainé donc isolé, son utilisation permet d'éviter la couche isolante entre les spires superposées et d'obtenir une surépaisseur au niveau du croisement des spires de l'ordre de 50 pm, donc peu contraignante. C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un dispositif RFID dont l'antenne est réalisée par impression sur un matériau thermoplastique, qui résout les problèmes de fissuration de l'antenne imprimée au moment de l'étape de lamination. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif RFID qui ne présente pas de risque de délamination dans le temps. L'objet de l'invention est donc un procédé de fabrication d'un dispositif d'identification radiofréquence (RFID) comprenant un substrat plan muni d'une antenne et d'une puce connectée à l'antenne, l'antenne formée par l'enroulement de plusieurs spires comprend une zone de croisement des spires, une bande isolante de matière diélectrique séparant les spires d'antenne superposées au niveau du croisement, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) réaliser l'antenne consistant à imprimer des spires, deux plots de connexion d'encre conductrice et une bande isolante de matière diélectrique à l'endroit du croisement des spires, et à faire subir un traitement thermique au support afin de cuire ladite encre, b) connecter ladite puce sur le support du coté de ladite antenne, c) superposer une seconde couche sur le substrat du côté de l'antenne, cette seconde couche comprenant une première perforation centrée sur la puce et une seconde perforation centrée sur la bande isolante de la zone de croisement de l'antenne, d) superposer une troisième couche sur la seconde couche, e) laminer ensemble les trois couches. 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 vue de face de la couche supportant le dispositif radiofréquence, La figure 2 représente une vue en coupe selon l'axe 35 A-A de la couche supportant le dispositif radiofréquence de la figure 1, La figure 3 représente une vue de face de la seconde couche du support de dispositif RFID selon l'invention, La figure 4 représente une vue en coupe du dispositif radiofréquence selon l'invention. Sur les figures, les éléments représentés ne sont pas aux proportions réels. Sur la figure 1, un substrat 10 au format carte de crédit est représenté vue de dessus. Dans la suite de la description ce substrat est désigné support d'antenne. Le support a un format ISO mais il pourrait avoir d'autres dimensions, et se présenter par exemple sous forme de bandes ou de planches comportant plusieurs support à découper au format ISO. Une sous-couche 12 d'épaisseur 5 im est déposée sur le support d'antenne 10 sur une zone représentée en gris sur la figure 1. Par exemple, cette sous-couche est réalisée par impression d'une encre, d'une résine ou d'un vernis. Selon un mode de réalisation, la sous-couche 12 est réalisée à partir d'une encre transparente teintée pour faciliter le repérage visuel. Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le support d'antenne 10 est en polycarbonate (PC). Une antenne 11 comportant un enroulement de plusieurs spires, deux plots de connexion 17 et 18 situés aux deux extrémités de l'enroulement et un pont électrique 13 est imprimée sur le support d'antenne 10 sur la sous-couche 12 et de façon à ne pas sortir de la zone définie par la sous-couche. La taille de la zone de sous-couche 12 est de préférence légèrement supérieure à l'empreinte de l'antenne comme on peut le voir sur la figure 1. La forme de la zone est donc déterminée directement par la forme de l'antenne. Les spires de l'antenne 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. Selon un autre mode de réalisation, l'antenne est directement imprimée sur le support d'antenne sans sous-couche 12. Selon les deux modes de réalisation, avec et sans sous-couche, l'antenne est imprimée en plusieurs passages. Le premier passage consiste à imprimer les deux plots de connexion 17 et 18 de l'antenne et le pont électrique 13, appelé communément " cross-over Le deuxième passage consiste à imprimer une bande isolante 16 de matière diélectrique superposée au cross-over. Le troisième passage d'impression consiste à imprimer l'enroulement des spires dont l'extrémité intérieure 14 et l'extrémité extérieure 15 coupent, en passant dessus, le pont électrique 13 de façon à être connectées électriquement ensemble. La bande isolante 16 permet ainsi d' obtenir une zone de croisement de l'antenne où le pont électrique 13 et les spires de l'antenne se croisent sans risque de court-circuit. La superposition des spires croisées et du diélectrique atteint une épaisseur comprise entre 70 et 75 pm. Une perforation 19 est effectuée dans le support d'antenne entre les plots de connexion 17 et 18. La perforation est effectuée au laser ou bien avec un emporte pièce. Selon la figure 2, un module de circuit intégré 29 comporte une puce 25, au moins deux plages de connexion 23 et 24. La connexion entre la puce et les plages 23 et 24 est réalisée par des fils conducteurs ou câbles de connexions 26, appelés communément « wire bonding ». La puce 25 et les fils sont encapsulés dans une résine de protection 27 à base d'un matériau résistant et ne conduisant pas l'électricité. L'encapsulation 27 (ou « molding ») 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 pm. Le module présente ainsi sur sa face supérieure une surface plane correspondant à la partie supérieure de l'encapsulation 27 et sur sa face inférieure des plages de contact 23 et 24 destinées à venir se connecter à un circuit. Les plages 23 et 24 sont faites d'un matériau conducteur tel que de l'aluminium et leur épaisseur est comprise entre 70 et 100 pm. Le module 29 est collé sur la couche de support d'antenne 10 grâce à deux plots de matière adhésive 33 et. 34 placés à côté des plots de connexion d'antenne ou à cheval sur les plots de connexion d'antenne 17 et 18. Le module est positionné de sorte que les plots de connexion 17 et 18 soient en regard des plages de contact 23 et 24 du module et que la partie encapsulée du module ou encapsulation 27 soit dans la cavité 19. Et en particulier, une partie des plots de connexion 17 et 18 vient s'appuyer contre une partie des plages de contact 23 et 24 non recouverte de matière adhésive. La matière adhésive utilisée pour les plots 33 et 34 est une colle qui fixe. uniquement le module à la couche de .support 10 et comme cette colle n'est pas conductrice elle ne participe pas directement à la connexion électrique entre le module et l'antenne. La colle utilisée est de type époxy non chargée de particules conductrices et réticulable à chaud. Les plots de colle sont placés sur la couche de support 10 à proximité des plots d'antenne de façon à ce que lorsque le module 29 est mis en place dans la cavité 19, la colle des plots est écrasée par une petite partie des plages de contact du module jusqu'à ce qu'une autre partie des plages de . contact rentre en contact avec les plots d'antenne. Les plots de colle atteignent alors la même épaisseur que les plots d'antenne ou sensiblement la même et viennent effleurer les plots d'antenne. L'opération qui consiste à placer le module dans la cavité s'accompagne d'une phase de chauffe des plages de contacts du module qui permet de réticuler la colle. Les plots de colle durcissent sous l'effet de la chaleur et maintiennent ainsi les plages du module 23 et 24 en contact contre les plots de connexion. Cette étape de cuisson de la colle est réalisée localement par application d'une résistance chauffante sans pression sur les plages de contacts du module. Le contact serré des plages de contact 23, 24 du module et des plots de connexion 17, 18 de l'antenne garantit la fiabilité de la connexion électrique. Ainsi, dés la mise en place du module 29 dans la cavité 19, la connexion électrique est réalisée par la partie des plages de contact 23, 24 du module en contact direct avec les plots de connexion 17 et 18 de l'antenne. Le support ainsi obtenu est un support d'antenne muni d'un module solidaire du support et connecté électriquement à l'antenne. La connexion électrique a ainsi l'avantage d'être réalisée sans soudure ni apport de matière. Selon un mode de réalisation de l'invention, les plots de connexion 17 et 18 de l'antenne ont une forme concave ou creuse ou bien encore évidée à la manière d'un anneau de sorte que les plots de matière adhésive 33 et 34 sont placés à l'intérieur du creux de la forme concave ou à l'intérieur de l'évidement. Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les plots d'antenne sont en forme de U de sorte que les plots de matière adhésive sont placés à l'intérieur du U. Selon la figure 3, une seconde couche 20 est représentée vue de dessus. Cette seconde couche est une couche de polycarbonate (PC) d'épaisseur comprise entre 50 et 60 pm et de largeur et longueur identiques à la première couche du support d'antenne 10. Dans cette couche sont réalisées deux perforations 26 et 39 au laser ou bien à l'aide d'un emporte pièce. Ces deux perforations sont des cavités traversant toute l'épaisseur de la couche 20. La perforation 26 est située sur la couche 20 de façon à ce que lorsque la couche 20 recouvre la couche 10 en se superposant bord à bord, la bande isolante 16 apparaisse dans l'espace laissé par la perforation 26. De cette façon, la perforation 26 est centrée sur la bande isolante. De même, la perforation 39 est située sur la couche 20 de façon à ce que lorsque la couche 20 recouvre la couche 10 en se superposant bord à bord, la partie située entre les plots de connexion et une partie des plots de connexion apparait dans l'espace laissé libre par la perforation 39. De cette façon, la perforation 39 est centrée sur le module 29. La figure 4 représente en coupe le support d'antenne 10 selon l'axe A-A de la figure 1, la seconde couche 20 et une troisième couche 30. Selon le procédé de fabrication du dispositif selon l'invention, la couche 20 est positionnée sur le support 10 de façon à ce que la face externe du module, donc celle comportant les plages de contact du module vient se loger dans la perforation 39. Une troisième couche 30 est également positionnée sur la couche 20. La couche 30 est une feuille de polycarbonate (PC) de dimensions identiques à celles des deux autres couches et d'épaisseur comprise entre 90 et 120 pm et de préférence égale à 100 pm. La figure 5 représente en coupe le support d'antenne 10 selon l'axe B-B de la figure 2 et les secondes et troisième couches 20 et 30. Lors de l'étape de positionnement des couches 20 et 30 au dessus du support d'antenne 10, la bande isolante 16 vient se loger dans la perforation 26. L'étape suivante consiste à laminer ensemble les couches 10, 20 et 30. Les trois couches subissent donc une montée en température jusqu'à 180°C et une montée en pression. Lors de la lamination, la couche intermédiaire 20 ramollit à des températures plus basses que les couches inférieure et supérieure 10 et 30. Grâce à la pression exercée pendant l'étape de lamination, l'air emprisonnée entre les couches et en particulier dans les perforations 26 et 39 est chassée et remplacée par le polycarbonate ramollit. De cette façon, le polycarbonate de la couche intermédiaire 20 remplit les perforations pendant l'étape de lamination. La couche 20 munie de ces deux perforations évitent et compensent les surépaisseurs dues d'une part à la zone de croisement de l'antenne et d'autre part au module. A l'issue de cette étape de lamination, les trois couches 10, 20 et 30 sont soudées ensemble telles qu'on peut le voir sur la figure 6. Une fois soudées ensemble, les couches de polycarbonate ne se distinguent plus dans l'épaisseur du dispositif RFID obtenu de sorte qu'il n'y a aucune possibilité de délamination dans l'épaisseur. L'antenne 11 comprenant les spires, les deux plots de connexion 17 et 18 et le pont électrique 13 est complètement noyée dans le polycarbonate des trois couches 10, 20 et 30 soudées ensemble. Les bords du dispositif RFID selon l'invention sont uniformes et ne présentent pas de lignes de démarcation parallèles aux bords supérieurs 62 et inférieurs 61 qui pourraient présumer d'un assemblage de plusieurs couches entre elles ; ce qui rend impossible une tentative de délamination du dispositif dans son épaisseur. Selon une variante de réalisation de l'invention, le module de circuit intégré est remplacé par une puce nue du type de la puce 25 encapsulée dans le module. Selon cette variante non représentée sur les figures, les étapes de réalisation de l'antenne et l'étape de lamination des couches entre elles sont les mêmes que pour le mode de réalisation décrit avec un module de circuit intégré. Cependant, la perforation 19 n'est pas nécessaire dans le cas d'une puce. Les perforations 26 et 39 sont réalisées de la même façon dans la couche 20 ; la perforation 39 étant centrée sur la puce. La connexion de la puce à l'antenne est réalisée selon un procédé du type de celui décrit dans la demande FR2 826 153 de la demanderesse. De la matière diélectrique adhésive est déposée sur le support d'antenne 10 entre les plots de connexion 17, 18 de l'antenne et la puce est positionnée sur le support d'antenne de manière à ce que les contacts de la puce soient contre les plots de connexion de l'antenne. La matière adhésive subit ensuite un traitement thermique afin de la faire durcir. Dans ce mode de réalisation, la pression exercée sur la puce lors de sa connexion sur l'antenne permet aux contacts de la puce appelés communément « bumps » de pénétrer dans les plots de connexion de l'antenne qui se déforment et ainsi de garantir une meilleure connexion entre la puce et l'antenne. Le dispositif RFID selon l'invention forme un support plan qui peut être intégré à un document de sécurité tel qu'une carte d'identité, un livret d'identité, un permis de conduire, une carte d'accès, etc. Le dispositif RFID selon l'invention présente une épaisseur comprise entre 0,38 et 0,41 mm et a l'avantage de supporter la gravure laser. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un dispositif d'identification radiofréquence (RFID) comprenant un substrat plan muni d'une antenne (14) et d'une puce (25) connectée à l'antenne, ladite antenne formée par l'enroulement de plusieurs spires (11) comprend une zone de croisement des spires, une bande isolante (16) de matière diélectrique séparant les spires d'antenne superposées au niveau du croisement, le procédé comprenant les étapes suivantes a) réaliser l'antenne consistant à imprimer des spires, deux plots de connexion (17, 18) d'encre conductrice et une bande isolante (16) de matière diélectrique à l'endroit de croisement des spires, et à faire subir un traitement thermique audit support afin de cuire ladite encre, b) connecter ladite puce (25) sur ledit support (10) du coté de ladite antenne (14), c) superposer une seconde couche (20) sur ledit substrat du côté de l'antenne, cette seconde couche comprenant une première perforation (39) centrée sur la puce et une seconde perforation (26) centrée sur ladite bande isolante (16) de la zone de croisement de l'antenne, d) superposer une troisième couche (30) sur la seconde couche, e) laminer ensemble les trois couches (10, 20, 30). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdites couches (10, 20, 30) sont en polycarbonate (PC). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'étape b) comprend les étapes suivantes : bl) déposer de la matière diélectrique adhésive entre lesdits plots de connexion (17, 18) de l'antenne, 25b2) positionner ladite puce (25) de manière à ce que les contacts de la puce soient contre lesdits plots de connexion (17, 18) de l'antenne, b3) faire subir un traitement thermique à ladite 5 matière adhésive de manière à la faire durcir. 4. Procédé selon l'une des revendication 1 ou 2, dans lequel l'étape b) comporte les étapes suivantes : bl) effectuer une perforation (19) entre lesdits 10 plots de connexion (17 et 18) de l'antenne, b2) déposer de la matière diélectrique adhésive (33, 34) sur une partie desdits plots de connexion (17, 18) de l'antenne, b3) positionner ladite puce encapsulée dans un module 15 (29) de manière à ce que lesdits contacts (23, 24) dudit module (29) soient contre lesdits plots de connexion (17, 18) de l'antenne et que l'encapsulation (27) du module soit dans ladite cavité, b4) faire subir un traitement thermique à ladite 20 matière adhésive (33, 34) de manière à la faire durcir. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel les plots de connexion (17, 18) de l'antenne sont en forme de U. 6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel lesdits perforations (19, 26, 39) sont effectuées au laser ou bien avec un emporte pièce avant l'étape de superposition des couches entre elles. 30 7. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel La matière adhésive (33, 34) est une colle de type époxy réticulable à chaud. 8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 8 , dans lequel le polycarbonate des couches (10, 20, 30) est transparent. . 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape a) comporte les étapes suivantes : a1) imprimer une sous-couche (12) d'un matériau composé majoritairement de vernis sur une zone prédéterminée sur ledit substrat (10) support de l'antenne, ladite zone correspondant à l'empreinte de l'antenne ou étant légèrement supérieure à celle-ci, a2) imprimer l'antenne sur ladite sous-couche (12). 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel ladite sous-couche (12) est réalisée à partir d'une encre transparente teintée pour faciliter le repérage visuel. 11. Dispositif d'identification radiofréquence (RFID) obtenu selon l'une des revendications précédentes, comprenant un substrat plan et flexible en polycarbonate muni d'une antenne (14) d'encre conductrice complètement noyé dans le polycarbonate et d'une puce (25) ou d'un module de circuit intégré (29) connecté à l'antenne, ladite antenne formée par l'enroulement de plusieurs spires comprend une zone de croisement des spires, une bande isolante de matière diélectrique (16) séparant les spires d'antenne superposées au niveau de la zone croisement, les bords du dispositif étant complètement uniforme de sorte qu'aucunes lignes de démarcation des différentes couches entre elles n'est visible empêchant ainsi toute tentative de délamination du dispositif dans son épaisseur.